[发明专利]模块化C型定子铁芯的圆筒型永磁直线电机

说明书

技术领域

本发明涉及应用于小型直线推进系统中的直线电机，例如应用于人工心脏泵等。

背景技术

直线电机是直接将电能转化为直线运动的机械能的电机，不需要中间传动机构，在提高可靠性运行的同时节约制造成本，因此能替代旋转电机而广泛应用于直线运动的场合。目前，小型直线电机已应用于人工心脏直线推进系统中，人工心脏狭小的空间对电机的体积有较高要求，需要电机在有限的空间里面具有较高的、较为平稳的推力密度，同时能减小电机的推力脉动，能提供较大、较为平稳的推力。另外，在应用时，对于电机的可靠性要求比较高，因为电机的可靠性直接关系到病人的生命安全，所以，需要设计出高可靠性的直线电机。同时，还要求电机重量轻，以方便病人的日常生活，减轻病人负担。

直线振荡电机和混合式电机已被应用于人工心脏这种小型的直线运动的场合，在文献“Electromagnetic modeling of a novel linear oscillating”中（公开发表于2008年11月IEEE Transactions on Magnetics卷44，期11，页3855-3858），提出了一种单相的振荡电机，振荡电机一般工作于半个极距范围内，其电磁推力在半个极距的中间一段距离中较为平稳，所以单相电机多作为振荡电机使用，但是其缺陷是需要安装弹簧来完成往复运动，而弹簧的使用寿命有限，直接威胁着电机的使用寿命。然后，两相直线电机不同于单相电机，可以在一个极距的距离范围内提供平稳的电磁推力，所以，两相直线电机可以不需要弹簧来完成往复运动，可将两相直线电机应用于需要高可靠性的场合。

参见图1，图1示出了一种传统E型定子铁芯的冗余式圆筒型永磁直线电机的主视半剖视图，该电机由外动子环1’和内定子环2’组成；外动子环1’由Halbach阵列永磁体环3’组成，其中径向充磁的永磁体轴向宽度为轴向充磁的永磁体宽度的2倍；内定子环2’由初级E型铁芯4’和电枢绕组5’组成；E型铁芯4’的两个槽中分别嵌有两套圆饼状的电枢绕组5’，形成A、B两相电机。E型铁芯4’的两个槽的槽距与动子极距的比为5/4，以保证两相绕组之间相差电角度90°。这种传统E型定子铁芯的两相圆筒型永磁直线电机，动子永磁体采用Halbach阵列，由于Halbach阵列的磁场主要在动子的一侧，即图1结构中显示为磁场主要分布于动子（永磁体环）的内侧经过E型定子铁芯形成磁回路，而动子（永磁体环）外侧磁场分布很少，省去了动子（永磁体环）外侧的铁芯，该电机的动子仅由永磁体构成，永磁体外面没有铁芯等导磁材料，从而减小了电机的重量。然而，其内部结构之间不能实现定位力的互补抵消，其定位力较大，严重影响了电机的推力性能。而且，该电机定子中间齿和边端齿的磁路不对称，中间齿上无边端效应，而两端齿上有边端效应，所以使得产生的反电势波形正负半周不对称，导致原本应该相差90°电角度的两相反电势会发生相移，使得两相反电势相差的电角度实际上并不是90°。

专利公开号为CN 101860174 A中提出了用模块化结构来实现定位力的抵消，利用两个相差180°电角度的模块分别与动子相互作用产生两个相位相差180°的定位力，从而实现定位力的抵消。通过添加与其相位相反的模块来实现抵消功能，就是引入另外一个E型铁芯，使两个E型铁芯相差180°电角度，增加了额外的、与原有结构相位相反的结构，必然导致了电机轴向长度增加一倍以上，造成电机长度的增加，这不适宜于体积限制要求较高的场合。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术缺陷而提供一种模块化C型定子铁芯的圆筒型永磁直线电机，能够在不改变传统的E型定子结构的电机轴向长度的情况下，减小定位力，实现定位力最小化，提高推力性能。

  为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：包括外动子环和内定子环，内定子环由电枢绕组、非导磁材料制成的磁障、导磁材料制成的第一、第二C型铁芯组成；第一、第二C型铁芯的结构相同、中间固定夹有磁障、沿轴向排列、与外动子环之间的间隙相同；第一、第二C型铁芯均具有一个C型槽，C型槽的开口处朝向外动子环，每个C型槽中嵌有一套电枢绕组；第一、第二C型铁芯的轴向长度为一个动子极距，磁障的轴向宽度为所述一个动子极距的1/4。

本发明的有益效果是：