[发明专利]一种基于强磁性结构的直线往复泵及其直线往复驱动方法

说明书

本发明公开了一种基于强磁性机构的直线往复泵及其直线往复驱动方法。本发明直线往复泵包括直流电机和单向阀；直流电机包括电机外壳、定子和动子；动子包括轴芯、轴向导磁磁铁和径向导磁磁铁。本发明通过径向导磁磁铁与轴向导磁磁铁配合，实现了对磁场的导向作用，避免了磁场穿过轴芯导致的磁损耗，使得定子与动子间的磁场强度保持稳定；通过径向导磁磁铁与轴向导磁磁铁的配合替换Halbach磁环，制作成本要远远低于Halbach磁环，具有良好的经济性；且基于径向导磁磁铁与轴向导磁磁铁配合的强磁性机构仍然能具有良好的磁场和自屏蔽特性；强磁场使得动子在定子内运动更加高效，提高直流电机的工作效率。

技术领域

本发明属于电磁技术领域，具体涉及一种基于强磁性机构的直线往复泵及其直线往复驱动方法。

背景技术

传统直线往复运动的实现方式主要是通过旋转电机带动曲柄连杆机构实现滑块的直线往复运动，即将旋转运动转换成直线往复运动；但曲柄连杆机构在运动时，曲柄与连杆之间、连杆与连杆之间会产生剧烈的摩擦损耗，从而传动效率较低，甚至导致机构损坏；该机构的可靠性一般且会制造较大的噪音。

随着技术的发展，直线电机成为了一种能实现直线运动形式的高效方案。所谓直线电机是一种直接将电能转化为磁能，再转化为机械能并实现直线运动的电机，其基本原理和传统电机类似，包括定子和动子，且结构简单，相较于传统电机，直流电机内部机械传动少，结构体积小；由于传动系均为直线运动，不存在旋转与直线运动转化的附加结构，因此其内部受力环境单一，侧向受力会大大减少；且由于摩擦力较小，直线运动时只需少量的润滑油，甚至无需润滑油。目前，直线驱动电静液作动器LEHA(Liner-driving-Electro-hydrostatic-Actuator)系统已成为研究热点和未来发展方向。直线电机泵作为整个LEHA系统的核心，其定子和动子的排布设计，绕组的设计等参数会影响电机泵的推力和效率。

目前常规的磁铁排布形式产生的磁场会经过动子中的轴芯，受轴芯材料的影响，会对磁场产生不同程度的削减，导致动子的运动效率下降；目前应用较多的Halbach磁环能对磁场产生较好的导向，但由于其价格昂贵，生产成本高，较难获取，无形之中增加了直流电机的制作成本；因此为解决上述问题，急需研发一种成本低、结构简单，且能保证磁场强度的直流电机，并应用到直流电机泵中。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出一种基于强磁性结构的直线往复泵及其直线往复驱动方法，提高电磁线圈与磁铁间磁感应强度，以提高直线电机的工作效率。

本发明采用的技术方案具体如下：

本发明一种基于强磁性结构的直线往复泵，包括直流电机和单向阀；所述的直流电机包括电机外壳、定子和动子；所述的定子与动子均装配在电机外壳内部；所述的动子包括轴芯、轴向导磁磁铁和径向导磁磁铁；所述的轴芯与电机外壳构成滑动副；所述的径向导磁磁铁为圆环状，沿径向充磁为半个圆环呈N极另外半个圆环呈S极；所述的轴向导磁磁铁为半圆环，沿轴向充磁为一侧呈N极另外一侧呈S极；两个轴向导磁磁铁正对构成一个圆环型轴向导磁磁铁组，且正对位置的磁极相反；n个圆环型轴向导磁磁铁组沿轴芯轴向无间距地固定在轴芯上，且轴向上每相邻两个轴向导磁磁铁的磁极均相反，n≥2；n+1个径向导磁磁铁沿轴芯轴向无间距地固定在轴芯上，且置于各圆环型轴向导磁磁铁组外；沿轴向上，每个圆环型轴向导磁磁铁组位于两个径向导磁磁铁之间，每相邻两个径向导磁磁铁的磁极均相反；每个轴向导磁磁铁与轴向上相邻两个径向导磁磁铁贴紧设置的磁极构成磁回路。

所述的定子包括电磁线圈固定圆盘、线圈和磁轭块；两个电磁线圈固定圆盘组合构成一个电磁线圈固定架；所述的电磁线圈固定架上沿周向均匀开设有m个线圈固定槽，每个线圈固定槽内固定一个磁轭块；每个磁轭块上均缠绕有线圈；每个线圈与一个电源连接；多个电磁线圈固定架置于各径向导磁磁铁外，且无间距地固定在电机外壳内部；所有电磁线圈固定架上沿周向与径向导磁磁铁的同一磁极对齐的各线圈通入相同方向的电流，与径向导磁磁铁的不同磁极对齐的线圈通入的电流方向相反。