直線振蕩電的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種直線振蕩電機，包括：外層定子，呈中空結構；內層動子，套設于外層定子的中空結構中；其中，在沿外層定子軸心延伸的方向上，具有多個圍繞軸心形成的中空繞組槽，每個都纏繞線圈繞組；內層動子包括內筒和固定設置在內筒外壁的永磁體，永磁體分為：靠近內筒的內環層、套設在內環層的外的外環層；外環層的充磁方向為哈爾巴赫陣列；內環層的永磁體的充磁方向與內筒軸向方向平行。采用上述的方式，可以增強磁感應強度，減少漏磁，從而提高電機的軸向輸出力；此外，本發明直線振蕩電機采用的該哈爾巴赫陣列具有自屏蔽特性，動子的內筒可以選用輕質高強度非導磁材料加工而成，大大減小動子的質量，提高了電機動態性能。
【專利說明】直線振蕩電機

【技術領域】
[0001]本發明涉及電磁【技術領域】，尤其涉及一種直線振蕩電機。

【背景技術】
[0002]隨著航空器技術的發展，多電飛機已經成為目前研究熱點與未來發展方向。相比于傳統功率液傳系統，多電飛機采用功率電傳系統，避免了液壓長管路帶來的重量大、可靠性低、維護性差等問題，可以有效提高飛機的功重比和可靠性。
[0003]目前功率電傳系統中常用的作動器包括:采用機械傳統方式的機電作動器EMA (Electro-mechanical Actuator)和液壓傳動方式的旋轉式電靜液作動器EHA(Electro-hydrostatic Actuator)。EMA通常由旋轉電動機、減速器、旋轉變直線運動轉換機構及作動筒組成。電動機在電能驅動下輸出旋轉運動，經過減速器及運動轉換機構轉化成驅動舵面需要的直線運動。但由于機械傳統機構質量大、可靠性低等缺點的限制，EMA技術還不能滿足飛行器的需求。EHA通常由旋轉電動機、旋轉柱塞泵和作動筒構成。電動機的旋轉運動經過旋轉柱塞泵轉化為柱塞的往復直線運動，經過配流盤獲得驅動舵面需要的直線運動。該技術不但具有液壓系統功率密度大的特點，又采用容積控制，避免了閥控系統節流損失，提高了能量轉換效率，是目前主要發展方向。然而不可避免地整個系統也存在如下問題:液壓泵摩擦與泄露問題嚴重；電機泵組大慣量帶來的動態問題；余度配置復雜，容錯能力差。
[0004]針對以上問題，提出一種直線驅動電靜液作動器LEHA (Linear-drivingElectro-hydrostatic Actuator)系統,其工作原理是利用直線電機直接驅動活塞進行雙向高頻往復吸排油，經過后端交互式配流技術輸出需要的直線運動。其優點為:慣量較小，動態性能好；消除了旋轉柱塞泵的摩擦，效率提高；余度配置靈活，可靠性高。
[0005]毋庸置疑，直線電機是整個LEHA系統的核心，提高直線電機的功重比也是提升整個系統性能的關鍵。而提高電機功重比的重點在于提高直線電機速度，即往復運動的頻率。提高運動頻率帶來的最大問題就是動態性能的下降。


【發明內容】

[0006]在下文中給出關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0007]本發明提供一種直線振蕩電機，包括:外層定子，呈中空結構；內層動子，套設于所述外層定子的中空結構中；其中，在沿所述外層定子軸心延伸的方向上，具有多個圍繞所述軸心形成的中空繞組槽，每個所述中空繞組槽中纏繞線圈繞組；所述內層動子包括內筒和固定設置在所述內筒外壁的永磁體，所述永磁體分為:靠近所述內筒的內環層，以及套設在所述內環層的外的外環層；所述外環層的充磁方向為哈爾巴赫陣列；所述內環層的永磁體的充磁方向與所述內筒軸向方向平行。
[0008]本發明至少具有如下有益效果:本發明可以增強磁感應強度，減少漏磁，從而提高電機的軸向輸出力；此外，由于該哈爾巴赫陣列具有自屏蔽特性，動子內筒可以選用輕質高強度非導磁材料加工而成，大大減小動子的質量，提高了電機動態性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1為本發明直線振蕩電機的剖面示意圖；
[0011]圖2為本發明直線振蕩電機中外層定子和內層動子剖面充磁方向和電流方向示意圖；
[0012]圖3為本發明另一種實施例中外層定子和內層動子剖面充磁方向和電流方向示意圖。
[0013]圖4為本發明直線振蕩電機中導磁板的結構示意圖。
[0014]附圖標記:1-外層定子；2_內層動子；3_線圈繞組；4_諧振彈簧；5_直線軸承；6-支撐法蘭；7-端蓋；8_定子外套；9_導磁板；10-中空繞組槽；1a-開口部；11-導磁塊；12-永磁鐵；13_內筒；14_環形凸臺；15_伸出端；A-外環層；B_內環層。

【具體實施方式】
[0015]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特征相結合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0016]在本發明以下各實施例中，實施例的序號和/或先后順序僅僅便于描述，不代表實施例的優劣。對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。
[0017]實施例1:
[0018]本發明涉及一種直線振蕩電機，參見圖1，其包括外層定子、內層動子、在外層定子上的中空繞組槽，其中，外層定子為中空結構，內層動子套設在該中空結構中，上述中空繞組槽沿外層定子軸心的延伸方向排布，中空繞組槽具有多個，每個中空繞組槽都是一個獨立的環形結構，它們是圍繞外層定子的軸心而形成的，每個獨立的中空繞組槽內都纏繞有線圈繞組。當然，如果線圈繞組是多匝線纏繞而成，那么至少在一個中空繞組槽中的線的纏繞方向為同一方向。上述的中空繞組槽是給線圈繞組提供纏繞的空間，并且可以對線圈繞組固定或定位。
[0019]上述內層動子包括內筒和固定設置在內筒外壁的永磁體，永磁體分為:靠近所述內筒的內環層B，以及套設在所述內環層的外的外環層A ;外環層的充磁方向為哈爾巴赫陣列；所述內環層的永磁體的充磁方向與內筒軸向方向平行。
[0020]哈爾巴赫陣列是指在充磁方向的一種排布方式,而具體以那種方式形成該哈爾巴赫陣列將再之后的部分具體說明。
[0021]下面分別說明內環層和外環層的具體設置方式，S卩如何時實現內環層充磁方向為哈爾巴赫陣列，以及如何設置內環層的永磁體的充磁方向與內筒軸向方向平行。
[0022]所述內環層設置方式為:
[0023]依次循環間隔設置的第一種磁體和第二種磁體，第一種磁體具有充磁方向彼此相對的兩個磁體塊；第二種磁體具有充磁方向彼此相離的兩個磁體塊；在第一種磁體和第二種磁體之間，設置內層間隔磁體，內層間隔磁體與其兩側相鄰的磁體塊的充磁方向相同。
[0024]為了方便理解，參見圖2，圖2是沿外層定子和內層動子的軸線做截面后外層定子和內層動子上半部分的示意圖，下半部分與上半部分呈鏡像(除了線圈繞組3的電流方向，圖中以“X”和“.”所示即為線圈繞組的電流方向)，只是圖中沒有畫出。
[0025]以圖2為例，內環層的最右端為第一種磁體，其充磁方向為彼此相對的兩個磁體塊，以圖中箭頭所指方向來說就是左邊一個充磁方向向右的磁體塊，右邊一塊充磁方向向左的磁體塊。在最右端第一種磁體左邊緊鄰的是內層間隔磁體，其充磁方向向右，其右側相鄰的第一種磁體里磁體塊的充磁方向也向右。該內層間隔磁體再向左，為第二種磁體，以圖中箭頭所指方向來說就是左邊一個充磁方向向左的磁體塊，右邊一塊充磁方向向右的磁體塊，該右側充磁方向向右的磁體塊，與上述內層間隔磁體的充磁方向相同。以這種類似的方式，依次向左排布，就形成了上述的內環層。當然，這里只是為了方便理解所提出的示例性的描述。
[0026]所述外環層設置方式為:
[0027]依次循環間隔設置的第三種磁體和第四種磁體，所述第三種磁體充磁方向指向所述內筒軸心，所述第四種磁體的充磁方向背離所述內筒軸心，在第三磁體和第四磁體之間，設置外層間隔磁體，外層間隔磁體與內層間隔磁位置對應、長度相同、且充磁方向相同。
[0028]以圖2為例，外環層最右側的第三種磁體的充磁方向向下，右側相鄰充磁方向向右的外層間隔磁體，再向右為充磁方向向上的第四種磁體。上述充磁方向是以圖中直接所看到的方向為準，實際上向上即為背離內筒軸心的方向，向下為指向內筒軸心方向。
[0029]外層間隔磁體與所述內層間隔磁位置對應、長度相同、且充磁方向相同。可見，內環層的第一種磁體或第二種磁體和外環層的第三種磁體或第四種磁體的位置也是對應的、長度也是相同。
[0030]需要理解，內環層與外環層上的磁體的對應方式不止一種，以圖2為例，圖2中第三種磁體與第二種磁體位置對應，第四種磁體與第一種磁體位置對應。
[0031]可選的，在第一種磁體和第二種磁體中，充磁方向相對或相離的兩個磁體塊之間，可以由鐵塊隔開。這樣做可以起到如下效果:充磁方向相對或相離的兩個磁體塊產生的磁場經過鐵塊傳遞與外環層磁體相互作用，磁場相互疊加。
[0032]采用上述的方式，可以增強磁感應強度，減少漏磁，從而提高電機的軸向輸出力；此外，本發明直線振蕩電機采用的該哈爾巴赫陣列具有自屏蔽特性，動子的內筒可以選用輕質高強度非導磁材料加工而成，如工程塑料聚醚醚酮(PEEK)，大大減小動子的質量，提高了電機動態性能。
[0033]在一種可選的實施方式中，外層定子包括定子外套和導磁定子，導磁定子上形成繞組槽。定子外套起到固定作用，并且該定子外套為非導磁材料，例如可以為不銹鋼。
[0034]一種可選的實施方式，導磁定子由多個導磁塊沿外層定子的軸向方向設置，每個導磁塊的兩側具有溝槽部，相鄰的所述導磁塊的溝槽部形成所述繞組槽。
[0035]—種可選的實施方式，導磁塊由多個導磁板形成，參見圖4,導磁板兩側具有開口部10a，多片所述導磁板環繞所述外層定子的軸心設置，形成兩側具有溝槽部的導磁塊。上述導磁板可以為硅鋼材料，也就是說最終形成的導磁塊可以是硅鋼材料的導磁塊。
[0036]可選的，導磁塊可以是一個完整的環形，套設在定子外套內，也可以是多個獨立的沿圓周布置，例如可以是六個，可以理解，該導磁塊的溝槽部用于容納固定線圈繞組，因此該無論是否完整，只要能夠對線圈繞組起到固定功能就可以，可見，其既可以是完整的也可以使幾個分散的個體。下面具體說“多個獨立的沿圓周布置”這種實施方式:
[0037]導磁塊可以為六個，六個導磁塊沿圓周布置并焊接固定在定子外套內，其兩側繞組槽用來放置線圈繞組。為了方便理解，將這樣的六個導磁塊稱之為導磁單元，如圖所示，可以有九個導磁單元同軸放置并過盈配合壓緊，形成了整個外層定子。這樣的九個導磁單元，可以形成八個中空繞組槽。
[0038]當然，在導磁塊是一個完整的環形時，也可以幾個導磁塊(完整的)同軸放置并過盈配合壓緊，形成了整個外層定子。所述定子外套同樣可以是由多個拼接而成。
[0039]在一種可選的實施方式中，直線振蕩電機還包括相對設置的兩個支撐法蘭，內筒兩端分別套設于所述支撐法蘭外，內筒中還設置有兩端分別由所述支撐法蘭抵擋的諧振彈簧；和/或，支撐法蘭與內筒之間還設置有直線軸承。
[0040]在一種可選實施方式中，內筒具有同軸的第一內部空間和第二內部空間，第一內部空間和第二內部空間之間由環形凸臺間隔；第一內部空間和第二內部空間之中，分別設置有諧振彈簧，所述諧振彈簧的一端由所述支撐法蘭抵擋，另一端由所述環形凸臺抵擋。
[0041]將諧振彈簧設置在內筒的內部空間，減小了電機體積，具有結構緊湊性。并且該彈簧可以儲存彈性勢能，提高電機效率。
[0042]在一種可選的實施方式中，內層動子的兩端，具有伸出端，用于與外部執行機構連接。內層動子與所述外層定子之間具有1_的間隔，以供內層動子可以在外層定子內往復運動。該伸出端可以為四瓣伸出端，如呈十字交叉形狀。
[0043]實施例2:
[0044]與實施例1相比，其差別在于，在內環層和外環層設置方式中，內層間隔磁體和外層間隔磁體為一體結構，如圖3所示，即他們可以為同一塊磁體。這樣在制造時，更為方便快捷。其他方面均與實施例1相同。
[0045]最后應說明的是:雖然以上已經詳細說明了本發明及其優點，但是應當理解在不超出由所附的權利要求所限定的本發明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領域內的普通技術人員從本發明的公開內容將容易理解，根據本發明可以使用執行與在此所述的相應實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結果的、現有和將來要被開發的過程、設備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權利要求旨在在它們的范圍內包括這樣的過程、設備、手段、方法或者步驟。
【權利要求】
1.一種直線振蕩電機，其特征在于，包括: 外層定子，呈中空結構； 內層動子，套設于所述外層定子的中空結構中；其中， 在沿所述外層定子軸心延伸的方向上，具有多個圍繞所述軸心形成的中空繞組槽，每個所述中空繞組槽中纏繞線圈繞組； 所述內層動子包括內筒和固定設置在所述內筒外壁的永磁體，所述永磁體分為:靠近所述內筒的內環層，以及套設在所述內環層的外的外環層； 所述外環層的充磁方向為哈爾巴赫陣列；所述內環層的永磁體的充磁方向與所述內筒軸向方向平行。
2.根據權利要求1所述直線振蕩電機，其特征在于， 所述內環層設置方式為: 依次循環間隔設置的第一種磁體和第二種磁體，所述第一種磁體具有充磁方向彼此相對的兩個磁體塊；所述第二種磁體具有充磁方向彼此相離的兩個磁體塊；在第一種磁體和第二種磁體之間，設置內層間隔磁體，所述內層間隔磁體與其兩側相鄰的磁體塊的充磁方向相同； 所述外環層設置方式為: 依次循環間隔設置的第三種磁體和第四種磁體，所述第三種磁體充磁方向指向所述內筒軸心，所述第四種磁體的充磁方向背離所述內筒軸心，在第三磁體和第四磁體之間，設置外層間隔磁體，所述外層間隔磁體與所述內層間隔磁位置對應、長度相同、且充磁方向相同。
3.根據權利要求2所述直線振蕩電機，其特征在于， 所述內層間隔磁體和所述外層間隔磁體為同一塊磁體。
4.根據權利要求1所述的直線振蕩電機，其特征在于， 所述外層定子包括定子外套和導磁定子，所述導磁定子上形成所述繞組槽； 所述導磁定子由多個導磁塊沿所述外層定子的軸向方向設置，每個所述導磁塊的兩側具有溝槽部，相鄰的所述導磁塊的溝槽部形成所述繞組槽。
5.根據權利要求4所述的直線振蕩電機，其特征在于， 所述導磁塊由多個導磁板形成，所述導磁板兩側具有開口部，多片所述導磁板環繞所述外層定子的軸心設置，形成兩側具有溝槽部的導磁塊。
6.根據權利要求5所述的直線振蕩電機，其特征在于， 所述導磁板為硅鋼材料。
7.根據權利要求1所述的直線振蕩電機，其特征在于， 所述直線振蕩電機還包括相對設置的兩個支撐法蘭，所述內筒兩端分別套設于所述支撐法蘭外，所述內筒中還設置有兩端分別由所述支撐法蘭抵擋的諧振彈簧；和/或， 所述支撐法蘭與所述內筒之間還設置有直線軸承。
8.根據權利要求7所述的直線振蕩電機，其特征在于， 所述內筒具有同軸的第一內部空間和第二內部空間，所述第一內部空間和第二內部空間之間由環形凸臺間隔； 在所述第一內部空間和所述第二內部空間之中，分別設置有諧振彈簧，所述諧振彈簧的一端由所述支撐法蘭抵擋，另一端由所述環形凸臺抵擋。
9.根據權利要求1-8任一項所述的直線振蕩電機，其特征在于， 所述內層動子的兩端，具有伸出端，用于與外部執行機構連接。
10.根據權利要求1-8任一項所述的直線振蕩電機，其特征在于， 所述內層動子與所述外層定子之間具有的間隔；和/或， 所述內筒為非導磁材料制成，所述非導磁材料包括聚醚醚酮。
【文檔編號】H02K41/02GK104393737SQ201410680585
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月24日 優先權日:2014年11月24日
【發明者】焦宗夏, 王天乙, 嚴亮, 尚耀星 申請人:北京航空航天大學