CN101009454A - 一种双边平板形三相直线永磁同步电机 - Google Patents

一种双边平板形三相直线永磁同步电机 Download PDF

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Abstract

一种双边平板形三相直线永磁同步电机，涉及到电机领域。为了解决现有平板形三相直线永磁同步电机的齿距τt和极距τp的设计不容易兼顾、各相绕组端部相互交叉、绕组端部长、铜耗大、绕组绝缘复杂、制造成本高等问题，本发明设计了一种双边平板形三相直线永磁同步电机。本发明由电枢部件和永磁体励磁部件两部分构成，电枢部件夹在两个相互平行的永磁体励磁部件之间，电枢部件和两个永磁体励磁部件之间为两个气隙，其中电枢部件主要由电枢绕组和电枢铁心构成；永磁体励磁部件主要由永磁体构成。电机的电枢铁心齿距τt与永磁体的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp，其中n为自然数。本发明的直线电机既可以作为直线电动机使用，也可以作为直线发电机使用，具有广阔的应用前景。

Description

一种双边平板形三相直线永磁同步电机
技术领域
本发明涉及到电机领域，具体涉及到平板形三相直线永磁同步电机。
背景技术
传统的平板形三相直线永磁同步电机的电枢铁心齿距τt与永磁体的极距τp之间满足关系3τt＝τp，这种结构称为整数齿结构，即电机的每极每相齿数为整数，整数齿结构直线永磁同步电机存在的主要问题是：一方面电机的由齿齿效应引起的定位力较大；另一方面电机的性能体积比低，这主要是由于当电机的极距τp设计得大时，会使永磁体的导磁轭部增厚，从而会增加电机的体积和重量，而当电机的极距τp设计得小时，会使电枢铁心齿距τt很小，这会降低电枢齿的强度，即电机的齿距τt和极距τp的设计不容易兼顾。另外，现有传统的平板形三相直线永磁同步电机的绕组如图6所示，A向绕组的线圈是在第一个槽31和第四个槽41内缠绕，同时跨过了第二个槽32和第三个槽33，C相绕组的线圈是在第二个槽32和第五个槽42内缠绕，同时跨过了第三个槽33和第四个槽41，以此类推，各相绕组线圈露在铁芯槽外的端部比较长，并且各相绕组线圈相互交叉，这样不但浪费线圈、增加铜耗，还使各相绕组间的绝缘工艺变得复杂，增加了制造成本。
发明内容
为了解决现有平板形三相直线永磁同步电机的齿距τt和极距τp的设计不容易兼顾、各相绕组端部相互交叉、绕组端部长、铜耗大、绕组绝缘复杂、制造成本高等问题，本发明设计了一种双边平板形三相直线永磁同步电机。
一种双边平板形三相直线永磁同步电机，它包括机壳、电枢部件和永磁体励磁部件，所述机壳由导磁材料制成，所述永磁体励磁部件由两组平板形的永磁体组成，所述永磁体形成的极数为P＝2k，两组平板形永磁体分别固定在双边平板形的机壳上，所述两组永磁体在对应位置上的永磁体充磁方向相反，即面向电枢部件的方向的极性相同，同一组永磁体中相邻永磁体的充磁方向相反，所述电枢部件由电枢绕组和电枢铁心构成，所述电枢铁心固定在两个平板形永磁体的中间、并与两个平板形永磁体之间留有气隙，在电枢铁心的靠近两个永磁体的两个平面上对称开有与运动方向垂直的S对长条形槽，所述S＝3m，所述电枢绕组是由S个矩形线圈组成，所述S个矩形线圈的两个长边分别嵌入在电枢铁心上的对称的S对长条槽中，电枢铁心2的齿距τt与永磁体3的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp，其中m、n、k均为自然数。
本发明提出的一种双边平板形三相直线永磁同步电机，既可以减小由齿槽效应引起的定位力，又能够兼顾电机的齿距τt和极距τp的设计；另外电机的制造工艺简单、绕组的端部短、绝缘工艺容易，降低了生产成本，因此大大提高了电机的性能。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机的结构示意图；图2是具体实施方式二所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机的结构示意图；图3是具体实施方式三所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机的结构示意图；图4是具体实施方式三所述的带有隔磁板6的一种双边平板形三相直线永磁同步电机的结构示意图；图5是具体实施方式四所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机的结构示意图；图6是现有平板形三相直线永磁同步电机的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式的一种双边平板形三相直线永磁同步电机，它由机壳5、电枢部件和永磁体励磁部件组成，所述机壳5由导磁材料制成，所述永磁体励磁部件由两组平板形的永磁体3组成，所述永磁体3形成的极数为P＝2k，两组平板形永磁体3分别固定在双边平板形的机壳5上，所述两组永磁体3在对应位置上的永磁体充磁方向相反，即面向电枢部件的方向的极性相同，同一组永磁体中相邻永磁体3的充磁方向相反，所述电枢部件由电枢绕组1和电枢铁心2构成，所述电枢铁心2固定在两个平板形永磁体3的中间、并与两个平板形永磁体3之间留有气隙，在电枢铁心2的靠近两个永磁体3的两个平面上对称开有与运动方向垂直的S对长条形槽，所述S＝3m，所述电枢绕组1是由S个矩形线圈组成，所述S个矩形线圈的两个长边分别嵌入在电枢铁心2上的对称的S对长条槽中，电枢铁心2的齿距τt与永磁体3的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp，其中m、n、k均为自然数。
采用这种结构的双边平板形电机，一方面可以省去现有电机中的永磁体磁轭部分，缩小电机的体积，提高了电机的性能体积比；另一方面使电枢铁心2的齿距τt与永磁体3的极距τp相差很小，进而减小了由齿槽效应引起的定位力，并兼顾了双边平板形电机的齿距τt和极距τp的设计，另外还使双边平板形电机的制造工艺简单、缩短了绕组端部，使绝缘更容易。
具体实施方式二：参见图2说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机的区别在于，所述永磁体励磁部件还包括平板形的永磁体磁轭4，所述永磁体磁轭4固定在永磁体3和机壳5之间，本实施方式中的机壳5可以是由非导磁材料制成的。
具体实施方式三：参见图3、图4说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式二所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机的区别在于，所述永磁体3嵌入在永磁体磁轭4内，与永磁体磁轭间隔排列，所述永磁体3平行充磁，充磁方向与运动方向平行，相邻永磁体3的充磁方向相反，分别固定在双边机壳5上的两组永磁体3对应位置的永磁体的充磁方向相同。
当本实施方式的双边平板电机的机壳5为导磁材料时，在机壳5和永磁体3以及永磁体磁轭之间增加一层隔磁板6。
本实施方式的双边平板电机，可以缩小双边平板电机的体积，提高电机的性能体积比。
具体实施方式四：参见图5说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一至三任一实施方式所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机的区别在于，所述电枢铁心2的槽数S与永磁体3的极数P为互质数，把S个铁心槽沿轴向均分为三段，则每段铁心槽数为m个，相邻的m个槽属于同一相，构成一相绕组；同相的相邻槽中的线圈的绕向相反，m个线圈串联在一起构成一相电枢绕组。
本实施方式的双边平板电机选用电枢铁心2为九个槽，永磁体3选为八个极，则：S＝9、P＝8，为互质数，m＝3，选n＝3，则由公式3nτt＝(3n±1)τp可得：9τt＝10τp或9τt＝8τp，本实施方式中选择9τt＝8τp。把九个铁心槽分为三段，每段有三个槽，所述相邻的三个槽属于同一相，嵌在相邻的三个槽内第一组线圈11、第二组线圈12和第三组线圈13同属于A相，第一组线圈11的绕向是正向缠绕，第二组线圈12的绕向是反向缠绕，第三组线圈13的绕向是正向缠绕，第一组线圈11、第二组线圈12和第三组线圈13串联在一起构成三相对称绕组中的A相绕组，其余两相的绕组构成与此相同。
具体实施方式五：参见图1说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一至三任一实施方式所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机的区别在于，所述电枢铁心2的槽数S与永磁体3的极数P存在最大公约数j，把S个铁心槽均分为3j份，相邻的m/j个槽属于一相，同一相的相邻铁心槽中的矩形线圈的绕向相反，相邻的m/j个线圈串联在一起构成一个绕组单元，然后把属于同一相的j个绕组单元串联或者并联、混联在一起构成三相对称绕组中的一相电枢绕组1。
本实施方式的双边平板电机选用电枢铁心2为十二个槽，永磁体3选为十个极，则：S＝12、P＝10、m＝4，P和S的最大公约数是j＝2，选n＝2，则由公式3nτt＝(3n±1)τp可得：6τt＝7τp或6τt＝5τp，本实施方式中选择6τt＝5τp。把电枢铁心2的十二个槽分为3j份，即六份。相邻的第一组线圈15和第二组线圈16都属于A相，相邻的第七组线圈17和第八组线圈18也都属于A相，如果第一组线圈15是正向缠绕，则第二组线圈16反向缠绕，第一组线圈15和第二组线圈16串联在一起，构成A相的第一个绕组单元，同是A相的第七组线圈17正向缠绕，第八组线圈18反向缠绕，第七组线圈17和第八组线圈18构成A相的第二个绕组单元，将同属于A相的两个绕组单元，即第一个绕组单元和第二个绕组单元串联或并联在一起构成三相对称绕组中的A相绕组，其余两相绕组的构成与A相相同。

Claims (9)

1、一种双边平板形三相直线永磁同步电机，它包括机壳(5)、电枢部件和永磁体励磁部件，其特征在于所述机壳(5)由导磁材料制成，所述永磁体励磁部件由两组平板形的永磁体(3)组成，所述永磁体(3)形成的极数为P＝2k，两组平板形永磁体(3)分别固定在双边平板形的机壳(5)上，所述两组永磁体(3)在对应位置上的永磁体充磁方向相反，即面向电枢部件的方向的极性相同，同一组永磁体中相邻永磁体(3)的充磁方向相反，所述电枢部件由电枢绕组(1)和电枢铁心(2)构成，所述电枢铁心(2)固定在两个平板形永磁体(3)的中间、并与两个平板形永磁体(3)之间留有气隙，在电枢铁心(2)的靠近两个永磁体(3)的两个平面上对称开有与运动方向垂直的S对长条形槽，所述S＝3m，所述电枢绕组(1)是由S个矩形线圈组成，所述S个矩形线圈的两个长边分别嵌入在电枢铁心(2)上的对称的S对长条槽中，电枢铁心(2)的齿距τt与永磁体(3)的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n+1)τp，其中m、n、k均为自然数。
2、根据权利要求1所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机，其特征在于所述永磁体励磁部件还包括平板形的永磁体磁轭(4)，所述永磁体磁轭(4)固定在永磁体(3)和机壳(5)之间。
3、根据权利要求2所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机，其特征在于所述永磁体(3)嵌入在永磁体磁轭(4)内，所述永磁体(3)平行充磁，充磁方向与运动方向平行，相邻永磁体(3)的充磁方向相反，分别固定在双边机壳(5)上的两组永磁体(3)对应位置的永磁体的充磁方向相同。
4、根据权利要求3所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机，特征在于它还包括隔磁板(6)，所述隔磁板(6)固定在机壳(5)的内表面上。
5、根据权利要求2或3所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机，其特征在所述机壳(5)是由非导磁材料制成的。
6、根据权利要求1至4任一权利要求所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机，其特征在于所述电枢铁心(2)的槽数S与永磁体(3)的极数P为互质数，把S个铁心槽沿轴向均分为三段，则每段铁心槽数为m个，相邻的m个槽属于同一相，构成一相绕组；同相的相邻槽中的线圈的绕向相反，m个线圈串联在一起构成一相电枢绕组。
7、根据权利要求1至4任一权利要求所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机，其特征在于所述电枢铁心(2)的槽数S与永磁体(3)的极数P存在最大公约数j，把S个铁心槽均分为3j份，相邻的m/j个槽属于一相，同一相的相邻铁心槽中的矩形线圈的绕向相反，相邻的m/j个线圈串联在一起构成一个绕组单元，属于同一相的j个绕组单元串联在一起构成三相对称绕组中的一相电枢绕组。
8、根据权利要求7所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机，其特征在于所述属于同一相的j个绕组单元并联在一起构成三相对称绕组中的一相电枢绕组。
9、根据权利要求7所述的一种双边平板形三相直线永磁同步电机，其特征在于所述属于同一相的j个绕组单元混联在一起构成三相对称绕组中的一相电枢绕组。
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