CN101567588B - 一种圆柱型直线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆柱型直线电机，利用定子的不同磁极产生的径向磁场，由于定、转子特殊结构，这个磁场在转子产生磁阻性直线性推力，使步进电机进行直线运动，结构简单，由于没有永久磁体，加工工艺简单，在控制方面，只需要单极性驱动电源，因此控制电路简单，总的成本低，可靠性高、效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种步进电机，特别涉及一种圆柱型直线电机。
背景技术
目前，就电机产生力的原理来说，有三种形式：其一电磁作用原理，现今运行的大部分电机为这类电机，利用这种原理制作的直线电机很难做到精确控制；其二是磁阻作用原理，现今运行的大部分精确控制电机为这类电机，但这种直线运动电机基本是轴向磁场；其三是摩擦原理产生你的超声波电机，这类电机可以实现精确控制，但是其效率低，功率小。
发明内容
本发明是针对现有直线电机精确控制困难、效率低的问题，提出了一种圆柱型直线电机，利用定子的不同磁极产生的径向磁场，由于定、转子特殊结构，这个磁场在转子产生磁阻性直线性推力，使得转子结构大幅度简化，控制简便，并且可以使用叠片结构，增加了转子磁导率，降低了磁路磁阻、转子重量和电机体积。
本发明的技术方案为：一种圆柱型直线电机包括定子、转子，所述定子可分为p个磁极，组成一对极的两个磁极在空间相差180度，其中心线通过电机截面圆的圆心，磁极的极身上绕有一定匝数的铜导线作为励磁绕组，绕向相同，每对极的两个磁极的绕组串联，每对极的极靴表面有一定等距齿和槽，每一个齿槽间的宽度为一个齿距，各极极靴的齿槽大小相等，个数相同，各齿和槽都沿轴向分布，每一对磁极与相邻磁极第一个齿中心线依次轴向距离相差2/p个齿距，
所述转子是一具有凸极结构的圆柱体，其凸极的弧长大于主极弧长一定数值，且在其凸极上有按照定子极靴表面齿槽宽度形成的均匀分布的齿槽结构，所述的齿槽结构是通过层叠了一种半径大且含齿的硅钢片与另一种半径小不含齿的硅钢片形成的，即齿槽结构也沿轴向分布。本发明的有益效果在于：本发明圆柱型直线电机结构简单，由于没有永久磁体，加工工艺简单，转子磁路由硅钢片叠压而成，磁阻很小，在控制方面，只需要单极性驱动电源，因此控制电路简单，总的成本低，可靠性高、效率高。
附图说明
图1本发明圆柱型直线电机定子左视图；
图2本发明圆柱型直线电机定子剖面图；
图3本发明圆柱型直线电机直线推力的定子立体图；
图4本发明圆柱型直线电机转子硅钢片结构图1；
图5本发明圆柱型直线电机转子硅钢片结构图2；
图6本发明圆柱型直线电机转子结构图；
图7本发明圆柱型直线电机产生直线推力的径向磁场图；
图8本发明圆柱型直线电机产生直线推力的径向磁场推力图；
图9本发明圆柱型直线电机控制系统图。
具体实施方式
圆柱型直线电机包括定子、转子。能够直线运动的步进式电机。该电机在直线运动时，能准确地分步直线运动，也能以不同的速度连续直线运动。他们移动的精度与定转子的结构和控制方式有关。
一、定子结构：
如图1、2、3所示圆柱型直线电机产生直线推力的定子可分为p个磁极，每一对极的两个磁极在空间相差180度，其中心线通过电机截面圆的圆心，磁极的机身上绕有一定匝数的铜导线作为励磁绕组，绕向相同，每对极的两个磁极的绕组串联，每对极的极靴表面有一定等距齿和槽，每一个齿槽间的宽度为一个齿距，各极极靴的齿槽大小相等，个数相同，各齿和槽都沿轴向分布。每一对磁极与相邻磁极第一各齿中心线依次的轴向距离相差2/p个齿距。
二、转子结构：
转子主体为一个带齿的圆柱体，由半径不同的两种硅钢片叠压而成，形成大于主机宽度为一定数值的齿结构，硅钢片形状如图4、5所示，图4为半径大含齿的硅钢片，图5为半径小不含齿的硅钢片。
按照定子极靴表面齿槽宽度，最终形成均匀分布的具有齿槽结构的的圆柱形转子。如图6所示。
三、定子与转子形成的径向直线磁阻推力：
产生直线运动的磁极中任一对磁极的绕组通入电流时，该定子磁极产生磁场，由于磁通有沿磁阻最小路径通过的性质，使定、转子间产生直线推力，在这一推力作用下，通电定子齿和最靠近转子齿对齐。而相邻产生直线运动的定子转子磁极间相差2/p齿距。这样如果按顺序每通电一次，转子直线运动2/p齿距，如果连续使相邻产生直线运动的磁极通电，转子就会连续直线运动，如果通电顺序改变，直线运动方向改变。如图7、8所示。
四、控制系统
圆柱型直线电机控制系统由电源、方向控制、直线运行控制、驱动器组成，来控制电机本体，如图9所示。其中：方向控制是控制直线运动方向，如前进和后退；直线运行控制是控制直线运行的速度和连续、步进方式；驱动器是直线旋转电机的电功率驱动单元，用来提供电机所需要的电能。
五、圆柱型直线电机的优点
圆柱型直线电机结构简单，由于没有永久磁体，加工工艺简单。在控制方面，只需要单极性驱动电源，因此控制电路简单，总的成本低，可靠性高。具体特点如下：
1.有较大的电机利用系数，可以是感应电动机利用系数的1.2～1.4倍。
2.电动机的结构简单，转子由硅钢片叠压而成，转子上没有任何形式的绕组；定子上只有简单的集中绕组，端部较短，没有相间跨接线。因此，具有制造工序少、成本低、工作可靠、维修量小。
3.转矩与电流极性无关，只需要单向的电流激励。在理论上功率变换电路每相可以只用一个开关元件，而且每个开关元件都与电动机绕组串联，不会出现象PWM逆变器那样电源有通过两个开关元件直通的危险。所以，其线路简单，可靠性高，成本低于PWM交流直线运动调速系统。
4.转子转动惯量小，在电流每次换向时又可以随时改变相应转矩的大小和方向，因而系统有良好的动态响应。
5.由于采用了独特的结构和设计方法以及相应的控制技巧，其单位出力可以与感应电动机相媲美，甚至还略占优势。它的效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内都可维持在较高水平。
6.传动刚度高，由于“直接传动”，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时提高了其传动刚度。
7.噪音低，由于取消了大量的机械部件的机械摩擦，其运动时噪音将大大降低。
8.效率高，由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。
Claims (1)
1.一种圆柱型直线电机，包括定子、转子，其特征在于，所述定子可分为p个磁极，组成一对极的两个磁极在空间相差180度，其中心线通过电机截面圆的圆心，磁极的极身上绕有一定匝数的铜导线作为励磁绕组，绕向相同，每对极的两个磁极的绕组串联，每对极的极靴表面有一定等距齿和槽，每一个齿槽间的宽度为一个齿距，各极极靴的齿槽大小相等，个数相同，各齿和槽都沿轴向分布，每一对磁极与相邻磁极第一个齿中心线依次轴向距离相差2/p个齿距，所述转子是一具有凸极结构的圆柱体，其凸极的弧长大于主极弧长一定数值，且在其凸极上有按照定子极靴表面齿槽宽度形成的均匀分布的齿槽结构，所述的齿槽结构是通过层叠了一种半径大且含齿的硅钢片与另一种半径小不含齿的硅钢片形成的，即齿槽结构也沿轴向分布。
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