CN101013843A - 平板形三相直线永磁同步电机 - Google Patents

平板形三相直线永磁同步电机 Download PDF

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Abstract

平板形三相直线永磁同步电机，涉及电机领域。本发明解决了现有平板形三相直线永磁同步电机的齿距τt和极距τp设计不容易兼顾、绕组端部长且相互交叉、绕组绝缘复杂、制造成本高等问题。本发明的平板形三相直线永磁同步电机由电枢部件和永磁体励磁部件两部分构成，电枢部件和永磁体励磁部件之间为气隙，其中电枢部件由电枢绕组和电枢铁心组成；永磁体励磁部件主要由永磁体和永磁体磁轭构成，所述电枢铁心齿距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。本发明既可以作为高性能的直线电动机使用，也可以作为高性能的直线发电机使用，具有广阔的应用前景。

Description

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，这种结构称为整数槽结构，即电机的每极每相槽数为整数，整数槽结构直线永磁同步电机存在的主要问题是：一方面电机的由齿槽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17所示，A相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齿外的端部比较长，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，增加的制造成本。
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，本发明设计了平板形三相直线永磁同步电机。
本发明的平板形三相直线永磁同步电机由机壳、电枢部件和永磁体励磁部件组成，所述永磁体励磁部件和电枢部件之间留有气隙，所述永磁体励磁部件由永磁体和永磁体磁轭组成，所述电枢部件由电枢绕组和电枢铁心构成，所述永磁体磁轭固定在机壳的内表面上，所述永磁体固定在永磁体磁轭的内表面上，永磁体平行充磁，充磁方向与运动方向垂直，每相邻两个永磁体的充磁方向相反，所述电枢部件为可动部件，电枢铁心和输出部件固定连接，所述电枢铁心靠近永磁体一侧开有与运动方向垂直、并相互平行的槽，电枢绕组为三相对称集中绕组，每相绕组由S个线圈构成，每个线圈缠绕在一个电枢铁心的齿上，所述电枢铁心的齿数为S＝3m，电枢铁心的齿距τt与永磁体的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp，其中m、n、k均为自然数。
当机壳为导磁材料制成的时候，本发明的平板形三相直线永磁同步电机包括机壳、电枢部件和永磁体励磁部件，所述永磁体励磁部件和电枢部件之间留有气隙，所述永磁体励磁部件由永磁体组成，所述永磁体固定在机壳的内表面上，永磁体平行充磁，充磁方向与运动方向垂直，每相邻两个永磁体的充磁方向相反，所述电枢部件为可动部件，所述电枢部件由电枢绕组和电枢铁心构成，电枢铁心和输出部件固定连接，所述电枢铁心靠近永磁体一侧开有与运动方向垂直、并相互平行的槽，电枢绕组为三相对称集中绕组，每相绕组由S个线圈构成，每个线圈缠绕在一个电枢铁心的齿上，所述电枢铁心的齿数为S＝3m，电枢铁心的齿距τt与永磁体的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp，其中m、n、k均为自然数。
当永磁体励磁部件为可动部件时，本发明的平板形三相直线永磁同步电机由机壳、电枢部件和永磁体励磁部件组成，所述永磁体励磁部件和电枢部件之间留有气隙，所述永磁体励磁部件由永磁体和永磁体磁轭组成，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机壳的内表面上，所述永磁体励磁部件为可动部件，所述永磁体磁轭和输出部件固定连接，所述永磁体固定在永磁体磁轭的表面，永磁体平行充磁，充磁方向与运动方向垂直，每相邻两个永磁体的充磁方向相反，所述电枢铁心靠近永磁体一侧开有与运动方向垂直、并相互平行的槽，电枢绕组为三相对称集中绕组，每相绕组由S个线圈构成，每个线圈缠绕在一个电枢铁心的齿上，所述电枢铁心的齿数为S＝3m，电枢铁心2的齿距τt与永磁体的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp，其中m、n、k均为自然数。
本发明提出平板形三相直线永磁同步电机，该电机结构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，绝缘容易，电机的效率高、成本低，因此大大提高了电机的性能。
本发明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。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的平板形三相直线永磁同步电机结构示意图；图2是具体实施方式二所述的平板形三相直线永磁同步电机结构示意图；图3是具体实施方式三所述的平板形三相直线永磁同步电机结构示意图；图4是具体实施方式六所述的平板形三相直线永磁同步电机结构示意图；图5是具体实施方式七所述的平板形三相直线永磁同步电机结构示意图；图6是具体实施方式八所述的平板形三相直线永磁同步电机结构示意图；图7是具体实施方式九所述的平板形三相直线永磁同步电机结构示意图；图8至图13是具体实施方式十一所述的双边结构的平板形三相直线永磁同步电机结构示意图；图14至图16是具体实施方式十二所述的双边结构的平板形三相直线永磁同步电机结构示意图；图17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。本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机，它由机壳6、电枢部件和永磁体励磁部件组成，所述永磁体励磁部件和电枢部件之间留有气隙，所述永磁体励磁部件由永磁体3和永磁体磁轭4组成，所述电枢部件由电枢绕组1和电枢铁心2构成，所述永磁体磁轭4固定在机壳6的内表面上，所述永磁体3固定在永磁体磁轭4的内表面上，永磁体3平行充磁，充磁方向与运动方向垂直，每相邻两个永磁体3的充磁方向相反，所述电枢部件为可动部件，电枢铁心2和输出部件5固定连接，所述电枢铁心2靠近永磁体3一侧开有与运动方向垂直、并相互平行的槽，电枢绕组1为三相对称集中绕组，每相绕组由S个线圈构成，每个线圈缠绕在一个电枢铁心2的齿上，所述电枢铁心2的齿数为S＝3m，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。
具体实施方式二：  参见图2说明本实施方式。本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机和具体实施方式一的区别在于，所述永磁体3嵌入在永磁体磁轭4内，与永磁体磁轭4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，每相邻两个永磁体3的充磁方向相反。
具体实施方式三：参见图3说明本实施方式。本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机，它包括机壳6、电枢部件和永磁体励磁部件，所述永磁体励磁部件和电枢部件之间留有气隙，所述机壳6为导磁材料制成，所述永磁体励磁部件由永磁体3组成，所述永磁体3固定在机壳6的内表面上，永磁体3平行充磁，充磁方向与运动方向垂直，每相邻两个永磁体3的充磁方向相反，所述电枢部件为可动部件，所述电枢部件由电枢绕组1和电枢铁心2构成，电枢铁心2和输出部件5固定连接，所述电枢铁心2靠近永磁体3一侧开有与运动方向垂直、并相互平行的槽，电枢绕组1为三相对称集中绕组，每相绕组由S个线圈构成，每个线圈缠绕在一个电枢铁心2的齿上，所述电枢铁心2的齿数为S＝3m，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。
本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机可以省去永磁体磁轭4部分，减少电机厚度。
具体实施方式四：本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机和具体实施方式三的区别在于，它还包括永磁体磁轭4，所述永磁体磁轭4固定在机壳6和永磁体3之间。
具体实施方式五：本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机和具体实施方式四的区别在于，所述永磁体3嵌入在永磁体磁轭4内，与永磁体磁轭4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，每相邻两个永磁体3的充磁方向相反。
具体实施方式六：参见图4说明本实施方式。本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机和具体实施方式五的区别在于，它还包括隔磁板7，并且所述机壳6是由导磁材料制成，所述隔磁板7固定在机壳6与永磁体3以及永磁体磁轭4之间。这样可以减小永磁体漏磁，增大输出推力。
具体实施方式七：参见图5说明本实施方式。本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机由机壳6、电枢部件和永磁体励磁部件组成，所述永磁体励磁部件和电枢部件之间留有气隙，所述永磁体励磁部件由永磁体3和永磁体磁轭4组成，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固定在机壳6的内表面上，所述永磁体励磁部件为可动部件，所述永磁体磁轭4和输出部件5固定连接，所述永磁体3固定在永磁体磁轭4的表面，永磁体3平行充磁，充磁方向与运动方向垂直，每相邻两个永磁体3的充磁方向相反，所述电枢铁心2靠近永磁体3一侧开有与运动方向垂直、并相互平行的槽，电枢绕组1为三相对称集中绕组，每相绕组由S个线圈构成，每个线圈缠绕在一个电枢铁心2的齿上，所述电枢铁心2的齿数为S＝3m，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。
具体实施方式八：参见图6说明本实施方式。本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机和具体实施方式七的区别在于，所述永磁体3嵌入在永磁体磁轭4内，与永磁体磁轭4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，每相邻两个永磁体3的充磁方向相反。
具体实施方式九：参见图7说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一至八任一实施方式所述的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的齿数S与永磁体3的极数P为互质数，把S个铁心齿沿轴向均分为三段，则每段铁心齿数为m个，相邻的m个齿属于同一相，在所述m个齿上每相邻的两个线圈的绕向相反，m个线圈串联在一起构成一相电枢绕组。
本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机选用电枢铁心2为九个齿，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。把九个铁心齿分为三段，每段有三个齿，所述相邻的三个齿属于同一相，嵌在相邻的三个齿内第一组线圈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。
具体实施方式十：参见图5说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一至八任一实施方式所述的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的齿数S与永磁体3的极数P存在最大公约数j，把S个铁心齿均分为3j份，每份有m/j个齿，相邻的m/j个齿属于一相，属于同一相的相邻铁心齿上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。
本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机选用电枢铁心2为十二个齿，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的十二个齿分为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。
具体实施方式十一：参见图8至图13说明本实施方式。本实施方式的平板形三相直线永磁同步电机，是由两个具体实施方式一至六任一实施方式所述的平板形三相直线永磁同步电机组成的双边结构的平板形三相直线永磁同步电机，所述两个平板形三相直线永磁同步电机以电枢铁心2和可动部件5的连接面为镜面、对称并联，两个平板形三相直线永磁同步电机的电枢铁心2固定连接、或者成为一体，两个平板形三相直线永磁同步电机中的两组电枢绕组1中同相的电枢绕组并联或者串联连接。
具体实施方式十二：参见图14至图16说明本实施方式。本实施方式的所述平板形三相直线永磁同步电机，是由两个具体实施方式七或八所述的平板形三相直线永磁同步电机组成的双边结构的平板形三相直线永磁同步电机，所述两个平板形三相直线永磁同步电机分别对称固定连接在输出部件5的两侧，两个平板形三相直线永磁同步电机中的两组电枢绕组1中同相的电枢绕组并联或者串联连接。
当本实施方式所述的双边结构的平板形三相直线永磁同步电机是由具体实施方式七所述的平板形三相直线永磁同步电机组成的时候，可以省去输出部件5，即两边的永磁体磁轭4直接固定连接在一起，或者成为一体。
具体实施方式十一和十二所述的双边结构的平板形三相直线永磁同步电机，可以提高电机单位体积的输出推力。

Claims (10)

1、平板形三相直线永磁同步电机，它由机壳(6)、电枢部件和永磁体励磁部件组成，所述永磁体励磁部件和电枢部件之间留有气隙，所述永磁体励磁部件由永磁体(3)和永磁体磁轭(4)组成，所述电枢部件由电枢绕组(1)和电枢铁心(2)构成，其特征在于所述永磁体磁轭(4)固定在机壳(6)的内表面上，所述永磁体(3)固定在永磁体磁轭(4)的内表面上，永磁体(3)平行充磁，充磁方向与运动方向垂直，每相邻两个永磁体(3)的充磁方向相反，所述电枢部件为可动部件，电枢铁心(2)和输出部件(5)固定连接，所述电枢铁心(2)靠近永磁体(3)一侧开有与运动方向垂直、并相互平行的槽，电枢绕组(1)为三相对称集中绕组，每相绕组由S个线圈构成，每个线圈缠绕在一个电枢铁心(2)的齿上，所述电枢铁心(2)的齿数为S＝3m，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)的齿数S与永磁体(3)的极数P为互质数，把S个铁心齿沿轴向均分为三段，则每段铁心齿数为m个，相邻的m个齿属于同一相，在所述m个齿上每相邻的两个线圈的绕向相反，m个线圈串联在一起构成一相电枢绕组。
3、根据权利要求1所述的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)的齿数S与永磁体(3)的极数P存在最大公约数j，把S个铁心齿均分为3j份，每份有m/j个齿，相邻的m/j个齿属于一相，属于同一相的相邻铁心齿上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或者混联在一起构成三相对称绕组中的一相电枢绕组。
4、根据权利要求1所述的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，与永磁体磁轭(4)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，每相邻两个永磁体(3)的充磁方向相反。
5、平板形三相直线永磁同步电机，它包括机壳(6)、电枢部件和永磁体励磁部件，所述永磁体励磁部件和电枢部件之间留有气隙，其特征在于所述机壳(6)为导磁材料制成，所述永磁体励磁部件由永磁体(3)组成，所述永磁体(3)固定在机壳(6)的内表面上，永磁体(3)平行充磁，充磁方向与运动方向垂直，每相邻两个永磁体(3)的充磁方向相反，所述电枢部件为可动部件，所述电枢部件由电枢绕组(1)和电枢铁心(2)构成，电枢铁心(2)和输出部件(5)固定连接，所述电枢铁心(2)靠近永磁体(3)一侧开有与运动方向垂直、并相互平行的槽，电枢绕组(1)为三相对称集中绕组，每相绕组由S个线圈构成，每个线圈缠绕在一个电枢铁心(2)的齿上，所述电枢铁心(2)的齿数为S＝3m，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。
6、根据权利要求5所述的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永磁体磁轭(4)，所述永磁体磁轭(4)固定在机壳(6)和永磁体(3)之间。
7、根据权利要求6所述的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，与永磁体磁轭(4)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，每相邻两个永磁体(3)的充磁方向相反。
8、根据权利要求7所述的平板形三相直线永磁同步电机，其特征在于它还包括隔磁板(7)，所述隔磁板(7)固定在机壳(6)与永磁体(3)以及永磁体磁轭(4)之间。
9、平板形三相直线永磁同步电机，它由机壳(6)、电枢部件和永磁体励磁部件组成，所述永磁体励磁部件和电枢部件之间留有气隙，所述永磁体励磁部件由永磁体(3)和永磁体磁轭(4)组成，所述电枢部件由电枢绕组(1)和电枢铁心(2)构成，其特征在于所述电枢铁心(2)固定在机壳(6)的内表面上，所述永磁体励磁部件为可动部件，所述永磁体磁轭(4)和输出部件(5)固定连接，所述永磁体(3)固定在永磁体磁轭(4)的表面，永磁体(3)平行充磁，充磁方向与运动方向垂直，每相邻两个永磁体(3)的充磁方向相反，所述电枢铁心(2)靠近永磁体(3)一侧开有与运动方向垂直、并相互平行的槽，电枢绕组(1)为三相对称集中绕组，每相绕组由S个线圈构成，每个线圈缠绕在一个电枢铁心(2)的齿上，所述电枢铁心(2)的齿数为S＝3m，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。
10、根据权利要求9所述的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，与永磁体磁轭(4)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，每相邻两个永磁体(3)的充磁方向相反。
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