[发明专利]一种由旋转磁场驱动的直线电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线电机，尤其涉及一种由旋转磁场驱动的直线电机。

背景技术

直线电机自1840年形成的直线电机概念以来，一直沿用旋转电机剖开展平的设计思路，磁场全部采用行波磁场布置，绕组利用率低，推力重量比小。

最近广泛采用永磁体，如钕系强磁。如CN1484364公开的一种永磁磁阻式直线电机。它由导磁轭、永磁体、次级动子铁心、隔磁板、定子铁心和安装在定子铁心上的绕组组成。但是强永磁体的成本高昂，对环境有强磁干扰，从而限制了这种直线电机的应用。

按控制方式划分，现有直线电机分为两类，一类为非步进电机，一类为步进电机。对于现有的非步进直线电机的精确控制，需用独立的位置反馈系统才能做到精确定位，这种方式的成本较高。大多数直线电机非步进电机，需用独立的位置反馈系统才能做到精确定位，部分直线步进电机沿用旋转步进电机设计，齿极制造难度大。这些都导致工业上需用到直线运动的场合仍主要采用丝杠或齿轮齿条(带)的方案。如CN96232612.7公开的一种“直线步进电机”，该电机是在旋转式步进电机的基础上，把电机转子的旋转运动在内部直接通过丝杆螺母副转换成直线运动。这种方式的电机制造难度大，成本也很高。

开关磁阻电机是20世纪80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的发展而发展起来的一种调速驱动系统。开关磁阻电机一般为双凸极结构，转子仅仅由叠片叠压而成，既无绕组也无永磁体，在定子的各极绕有绕组，其径向相对的极绕组串联，构成一相。其工作原理遵循“磁阻最小原理”，即磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因为磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。顺序给电机的不同的相绕组通电，则转子将会转动起来。和其他类型的电机相比，开关磁阻电机具有以下显著特点：电机结构简单、兼顾，制造工艺简单，成本低，可高转速工作；工作可靠，能适应各种恶劣的工作环境；损耗主要产生在定子上，电机容易冷却，而且转子没有永磁材料，可以允许有较高的温度；转矩方向和电流方向无关，可以最大限度简化功率变换器，降低系统成本，并且功率变换器不会出现直通故障，可靠性高；启动转矩大，低速性能好，没有感应电动机在启动时候所产生的冲击电流的现象；调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求。但是开关磁阻电机的运动方式都是旋转运动，在直线电机方面没有应用。

同时，大多数直线电机非步进电机，需用独立的位置反馈系统才能做到精确定位，部分直线步进电机沿用旋转步进电机设计，齿极制造难度大。这些都导致工业上需用到直线运动的场合仍主要采用丝杠或齿轮齿条(带)的方案。本发明可大大降低直线电机的制作难度和成本，适合广泛推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，设计一种不需要采用永磁体，并且仅在普通旋转磁场电机的基础上对某些部件结构进行改进就能够实现的直线运动的电机。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种由旋转磁场驱动的直线电机，包括：机壳、封装在机壳内的初级铁芯、按旋转磁场电机方式绕在初级铁芯上的初级绕组、以及套于初级铁芯内的次级动子铁心；

次级动子铁心与初级铁芯分离，在次级动子铁心与初级铁芯之间为气隙；

还进一步包括：导向装置，用于使得次级动子铁心与初级铁芯之间仅能够沿次级动子铁心的轴向相互运动；

在次级动子铁心延轴向的外表面有次级动子铁心螺纹，在初级铁芯的内壁有初级铁芯极端部螺纹，所述次级动子铁心螺纹与初级铁芯极端部螺纹互为正反螺纹。

作为本发明的一个等同替换，互为正反螺纹中之一可以制作成一个为圆周齿，其周节数与螺纹头数相同。

由于由旋转磁场驱动的直线电机的初级铁芯极端部螺纹和次级动子铁心螺纹互为正反螺纹，在圆柱面的气隙中将产生的磁阻莫尔条纹，于圆周上形成径向磁阻的规律性周节分布。周节数为螺纹头数的两倍。

由旋转磁场驱动的直线电机的旋转磁场的磁通最大的径向方向上，通过初次级的轴向相对运动，满足此方向上磁阻最小，随着驱动器的电角度变化，磁通最大方向变化，磁阻最小位置在磁隙上的圆周运动，驱动了初级铁芯与次级动子铁心之间的轴向相对运动。同时，由于采用了导向装置，所以初级铁芯与次级动子铁心之间仅仅只能做沿轴向直线方向的相对运动。

作为本发明一个具体的实施方式，所述次级动子铁心螺纹与初级铁芯极端部螺纹的螺纹周节规律相同，螺纹宽度也相同。

所述次级动子铁心螺纹与初级铁芯极端部螺纹为阶梯螺纹。而另一种实施方式可以是所述次级动子铁心螺纹与初级铁芯极端部螺纹为平滑螺纹