一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構制造技術

本實用新型專利技術公開了一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構，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構，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，兩端采用端蓋咬合固定。本實用新型專利技術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用范圍。

The magnetic structure of a shaft type linear motor with large slenderness ratio

The utility model discloses a shaft type linear motor with large length to diameter ratio of magnetic structure, including cross hollow shaft, fan-shaped radial magnetic tile, casing and end cover, wherein the hollow shaft is axially symmetric cross convex rib structure in hollow circular shaft on the outer surface of the hollow shaft and the outer peripheral surface of the axial cross the interval is connected with a sector radial magnetic tile, each section is composed of four fan-shaped radial magnetic varnay arc wall connected to the 22 shaft between the ribs on the peripheral surface of the adjacent section of magnetic shoe is different grade magnetic tile, hollow shaft and cross sector radial magnetic tile connected is sheathed in the casing, both ends of the locking and fixing end cover. The utility model adopts a hollow shaft cross section of the magnet as the support, to resist the magnetic axis of gravity with tile shaped magnet pendulous; monomer, radial magnetizing ring magnet to solve radial magnetization and solve the difficulties and problems of complex process of monomer assembly using axial magnetized magnet, so as to improve the magnetic axis the ratio of length to diameter, reduce costs, expand the scope of application of shaft type linear motor.

【技術實現步驟摘要】
一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構
本技術涉及軸式直線電機領域，具體涉及一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構。
技術介紹
螺管線圈作動子的圓筒形軸式直線電機有許多優點：（1）結構簡單。圓筒型直線電機不需要經過中間轉換機構而直接產生直線運動，使結構大大簡化，運動慣量減少，動態響應性能和定位精度大大提高；同時也提高了可靠性，節約了成本，使制造和維護更加簡便。它的初次級可以直接成為機構的一部分，這種獨特的結合使得這種優勢進一步體現出來。（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。橫向效應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）易于調節和控制。通過調節電壓或頻率，或更換次級材料，可以得到不同的速度、電磁推力，適用于低速往復運行場合。（7）適應性強。直線電機的初級鐵芯可以用環氧樹脂封成整體，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境中使用；而且可以設計成多種結構形式，滿足不同情況的需要。（8）零齒槽效應。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，生產圓環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，按照一定的規律組合，如圖4所示那樣，按N/S磁極串聯的三個磁鋼成一組，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磁心軸。3、以及兩端由螺紋與心軸咬合的端蓋。4、根據節距設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，每個磁節距之間的排斥，全靠中間的非導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構與平板直線電機相比，動子和定子沒有巨大的靜態拉力，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。當磁軸到了一定的長度，由于磁鋼的自重，導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、無情地增加了設備的重量和設備的強度，增加了設備的制造成本，影響了軸式電機的應用范圍。3、有可能造成電機推力的極大冗余，而造成整個系統電氣設計的極大浪費。因此，如何提高軸式直線電機的長徑比，是在當前條件下擴大軸式電機應用范圍的一個較為迫切的問題。我們在實踐中也曾經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的在重力（垂直方向上）做成長圓孔，借以補償掉磁軸重力下垂的距離，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。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是提供一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構，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用范圍。本技術通過以下技術方案實現：一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構，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構，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，兩端采用端蓋咬合固定。本技術進一步改進方案是，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。本技術更進一步改進方案是，所述扇形徑向磁瓦內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。本技術更進一步改進方案是，十字空心軸采用導磁低碳鋼制成。由于十字空心軸具有導磁性，所以磁瓦是吸附在其上。本技術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。隔片準確定位每段磁瓦間距，且防止磁瓦軸向移位。本技術更進一步改進方案是，隔片是圓片中心開十字孔，隔片粘接在十字空心軸外周面上。本技術更進一步改進方案是，隔片是四個扇形片或兩個半環片，半環片上開肋條槽，十字空心軸外周面上開有一圈環槽，組成環狀的隔片卡接和或粘接在環槽內。隔片卡接在環槽內，結構更穩固永不發生不移位現象。本技術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。本技術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，隔片是兩個半環片，半環片組成環狀粘接在十字空心軸外周面上，或者十字空心軸外周面上開有一圈環槽，組成環狀的隔片卡接和或粘接在環槽內。本技術更進一步改進方案是，所述套管由不銹鋼制成。本技術與現有技術相比，具有以下明顯優點：一、采用瓦狀的曲面磁鋼，并用現有的磁鋼充磁工藝實現了徑向磁場，構成的扇形徑向磁瓦，實踐證明在每一組扇形磁鋼之間，拉開1/3磁節距比不拉開所產生的軸向推力要大1/3。所以在每一組扇形磁瓦之間采用非導磁材料的隔離環隔成長度為1/3磁節距間距。本申請具有以下優勢：（1）無形地加大了磁鋼磁通斷面：以磁鋼直徑32mm、節距（N-S的距離）90mm的磁軸計算，如采用圓柱軸向磁鋼，設軸向磁鋼參數為：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，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，設扇形磁鋼直徑=32mm、扇形本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構，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）結構，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，兩端采用端蓋（4）咬合固定。

【技術特征摘要】
1.一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構，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）結構，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，兩端采用端蓋（4）咬合固定。2.根據權利要求1所述的一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構，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.根據權利要求1所述的一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構，其特征在于：所述扇形徑向磁瓦（2）內弧壁涂有厭氧膠與十字空心軸（1）外周面粘接。4.根據權利要求1或3所述的一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結構，其特征在于：十字空心軸（1）采用導磁低碳鋼制成。5.根據權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳德林，
申請(專利權)人：吳德林，
類型：新型
國別省市：江蘇,32