CN101764497A - 集成绕组结构双边永磁同步直线电机 - Google Patents

集成绕组结构双边永磁同步直线电机 Download PDF

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Abstract

集成绕组结构双边永磁同步直线电机。它涉及电机领域，它解决了现有双边直线同步电机存在左右两边的电磁力很难完全相同，而导致电机定位精度的问题。每个铁心单元的两个齿沿横截面的水平方向排列，其之间连有磁轭段；k个铁心单元沿动子的运动方向依次等间隔排列在机壳内，并且其在动子的运动方向叠加排列形成具有两个齿孔和一个组合齿槽的相单元铁心；线圈通过齿孔绕成一相相单元绕组；次级的轭板为截面为倒T型轭板，永磁体阵列设置在轭板上表面和垂直轭动子的运动方向的两个侧面；轭板的垂直轭位于组合齿槽内，当电机为m相电机时，则有i×m个相单元，相邻两个相单元铁心之间的中心距L为L＝[(j-1)+1/m]τp。它既可作为电动机使用，也可作为发电机使用。

Description

集成绕组结构双边永磁同步直线电机
技术领域
本发明涉及到电机领域，具体涉及到一种双边平板型永磁直线同步电机。
背景技术
现有的双边平板型永磁直线同步电机的结构如图20所示。电机采用两套电枢驱动次级，次级分成左右两边，由于工艺原因，左右两边的电磁力很难完全相同，即左右两边存在不对称性，这会影响电机的定位精度。同时，由于相与相之间都存在磁耦合，这一方面会因互感的存在影响电流的控制精度；另一方面也会因每一相绕组通电产生的磁通所经过的磁路较长而使定子铁耗较大，从而限制了电机效率的进一步提高。
发明内容
本发明为了解决现有双边直线同步电机存在左右两边的电磁力很难完全相同，而导致电机定位精度的问题，而提出了一种集成绕组结构双边永磁同步直线电机。
本发明的集成绕组结构双边永磁同步直线电机由机壳、初级和次级组成；初级由若干个相单元组成；每个相单元由若干个相单元铁心和相单元绕组组成；每个相单元铁心是由k个铁心单元组成，每个铁心单元由两个齿和磁轭组成；所述的两个齿沿与动子的运动方向相垂直的横截面的水平方向排列，所述的两个齿之间连接有磁轭；k个铁心单元沿动子的运动方向依次等间隔排列在机壳内，并且k个铁心单元在动子的运动方向叠加排列形成相单元铁心的两个齿孔和一个组合齿槽；线圈穿过相单元铁心的齿孔绕成一相相单元绕组；次级由永磁体阵列和轭板组成，轭板为截面为倒T型轭板，永磁体阵列设置在倒T型轭板上，倒T型轭板的垂直轭位于组合齿槽内，当电机为m相电机时，则有i×m个相单元，相邻两个铁心单元之间的中心距L为L＝[(j-1)+1/m]τp，其中j、k、m、i均为自然数。
本发明采用一套电枢绕组即可实现双边直线电机结构，因此电机的结构简单，同时消除了单边磁拉力，减小了次级对支撑结构的压力以及摩擦力，从而提高了电机的效率、电机的控制精度及系统的可靠性，且易实现模块化。本发明的直线电机既可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的集成绕组结构双边永磁同步直线电机的主视图；图2、图3和图4是图1的剖视图，其中图2的永磁体阵列是嵌入轭板61上，图3的永磁体阵列是贯穿轭板61，图4的永磁体阵列是固定在轭板61上；图5至图8是铁心单元5的结构示意图；图9是次级6的主视图；图10和图17是具体实施方式七的主视图；其中图10的倒T型轭板的水平轭上的两行永磁体阵列是嵌入轭板61上，图11和图12是图10的剖视图，图13和图14是图10次级6的俯视图，图15的倒T型轭板的水平轭上的两行永磁体阵列是固定在轭板61上，图16是图15的剖视图，图17是图15次级6的俯视图；图18是本发明的集成绕组结构双边永磁同步直线电机组合形成双边电机的侧视图；图19是图18的次级6的主视图；图20是现有的电机的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式由机壳1、初级和次级6组成；初级由若干个相单元2组成；每个相单元2由若干个相单元铁心3和相单元绕组4组成；每个相单元铁心3是由k个铁心单元5组成，每个铁心单元5由两个齿和磁轭组成；所述的两个齿沿与动子的运动方向相垂直的横截面的水平方向排列，所述的两个齿之间连接有磁轭；k个铁心单元5沿动子的运动方向依次等间隔排列在机壳1内，并且k个铁心单元5在动子的运动方向叠加排列形成相单元铁心3的两个齿孔71和一个组合齿槽72；线圈41穿过相单元铁心3的齿孔71绕成一相相单元绕组4；次级6由永磁体阵列和轭板61组成，轭板61为截面为倒T型轭板，永磁体阵列设置在倒T型轭板上，倒T型轭板的垂直轭位于组合齿槽72内，当电机为m相电机时，则有i×m个相单元2，相邻两个铁心单元5之间的中心距L为L＝[(j-1)+1/m]τp，其中j、k、m、i均为自然数。当电机为单相电机时，沿轴向相邻两个铁心单元之间的中心距τt与沿轴向永磁体的极距τp之间满足关系τt＝τp；当电机为三相电机时，沿轴向相邻两个铁心单元之间的中心距τt与沿轴向永磁体的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp。其中线圈41为跑道形线圈。电机为并联结构，相当于把两个所述的集成绕组结构双边永磁同步直线电机的次级并联连接在一起，由两个电枢共同驱动次级。
具体实施方式二、结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于相单元铁心3中每个铁心单元5中的两个齿分别是一个长齿51和一个短齿52，所述的磁轭由一个短垂直磁轭段53、一个长垂直磁轭段54和一个水平磁轭段55组成；所述的长齿51与短齿52之间均依次连接有短垂直磁轭段53、水平磁轭段55和长垂直磁轭段54，所述的长齿51侧面上部与所述的短垂直磁轭段53的一侧侧面下部相连，所述的短垂直磁轭段53的另一侧侧面上部与所述的水平磁轭段55一端相连，所述的水平磁轭段55的另一端与所述的长垂直磁轭段54的一侧侧面上部相连，所述的长垂直磁轭段54的另一侧侧面与所述的短齿52的一个侧面位于同一垂直面上，并且长垂直磁轭段54的底面与所述的短齿52的上表面相连；铁心单元5的长齿51、短齿52、短垂直磁轭段53、长垂直磁轭段54和水平磁轭段55构成的半封闭空间为齿槽73；设定铁心单元5的一个端面为正面，则与之相对的另一个端面为背面，相单元铁心3中每相邻两个铁心单元5为正面与正面相对或背面与背面相对；即为相单元铁心3中每相邻两个铁心单元5中任意一个铁心单元相对于另一个铁心单元的沿机壳1的动子运动方向的中轴线翻转180°；相单元铁心3中k个铁心单元5的齿槽73叠加形成两个齿孔71和一个组合齿槽72。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三、结合图2至图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二不同点在于两个线圈41分别穿过相单元铁心3的两个齿孔71，并缠绕在水平磁轭段55上形成一相相单元绕组4或两个线圈41分别穿过相单元铁心3的两个齿孔71，并缠绕在长垂直磁轭段54上形成一相相单元绕组4或一个线圈41分别穿过相单元铁心3的两个齿孔71缠绕在短垂直磁轭段53上形成一相相单元绕组4。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四、结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一、二或三不同点在于永磁体阵列是固定在轭板61上或嵌入轭板61。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五、结合图1至图4、图9、图18和图19说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于所述的永磁体阵列由平板形永磁体62组成，平板形永磁体62的充磁方向为沿厚度方向充磁，n个平板形永磁体62沿动子的运动方向依次间隔排列组成一行运动方向永磁体阵列，所述的运动方向永磁体阵列中每相邻两块平板形永磁体62的充磁方向相反，所述的运动方向永磁体阵列分别设置在倒T型轭板的垂直轭沿动子的运动方向的两个侧面上，并每个侧面上只设置有一行运动方向永磁体阵列，所述的两行永磁体阵列的充磁方向相同。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。永磁体阵列的平板形永磁体磁场垂直于齿高方向。
具体实施方式六、结合图3、图12和图14说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于所述的永磁体阵列由平板形永磁体62组成，平板形永磁体62的充磁方向为沿厚度方向充磁，n个平板形永磁体62沿动子的运动方向依次间隔排列组成一行运动方向永磁体阵列，所述的运动方向永磁体阵列中每相邻两块平板形永磁体62的充磁方向相反；所述的运动方向永磁体阵列沿动子运动方向嵌入在倒T型轭板的垂直轭内，并贯穿倒T型轭板的垂直轭。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。永磁体阵列的平板形永磁体磁场垂直于齿高方向。
具体实施方式七、结合图10至图17说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于所述的永磁体阵列由平板形永磁体62组成，平板形永磁体62的充磁方向为沿厚度方向充磁，n个平板形永磁体62沿动子的运动方向依次间隔排列组成一行运动方向永磁体阵列，所述的运动方向永磁体阵列中每相邻两块平板形永磁体62的充磁方向相反；所述的运动方向永磁体阵列分别设置在倒T型轭板的垂直轭沿动子的运动方向的两个侧面上，并每个侧面上只设置有一行运动方向永磁体阵列，所述的倒T型轭板的垂直轭上的两行永磁体阵列的充磁方向相同；所述的运动方向永磁体阵列分别设置在倒T型轭板的水平轭的两个上表面上，并每个表面上只设置有一行运动方向永磁体阵列，所述的倒T型轭板的水平轭上的两行永磁体阵列的充磁方向相反。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。永磁体阵列的平板形永磁体磁场垂直于齿高方向或沿齿高方向。
具体实施方式八、结合图10至图17说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于所述的永磁体阵列由平板形永磁体62组成，平板形永磁体62的充磁方向为沿厚度方向充磁，n个平板形永磁体62沿动子的运动方向依次间隔排列组成一行运动方向永磁体阵列，所述的运动方向永磁体阵列中每相邻两块平板形永磁体62的充磁方向相反；所述的运动方向永磁体阵列沿动子运动方向嵌入在倒T型轭板的垂直轭内，并贯穿倒T型轭板的垂直轭；所述的运动方向永磁体阵列分别设置在倒T型轭板的水平轭的两个上表面上，并每个表面上只设置有一行运动方向永磁体阵列，所述的倒T型轭板的水平轭上的两行永磁体阵列的充磁方向相反。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。永磁体阵列的平板形永磁体磁场垂直于齿高方向或沿齿高方向。
具体实施方式五至八中的n为自然数，如图18和图19，本发明的双边电机组成双边电机结构，相电枢对称地布置在次级的两侧，两侧的线圈串联或并联。本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

Claims (10)

1.集成绕组结构双边永磁同步直线电机，它由机壳(1)、初级和次级(6)组成；其特征在于初级由若干个相单元(2)组成；每个相单元(2)由若干个相单元铁心(3)和相单元绕组(4)组成；每个相单元铁心(3)是由k个铁心单元(5)组成，每个铁心单元(5)由两个齿和磁轭组成；所述的两个齿沿与动子的运动方向相垂直的横截面的水平方向排列，所述的两个齿之间连接有磁轭；k个铁心单元(5)沿动子的运动方向依次等间隔排列在机壳(1)内，并且k个铁心单元(5)在动子的运动方向叠加排列形成相单元铁心(3)的两个齿孔(71)和一个组合齿槽(72)；线圈(41)穿过相单元铁心(3)的齿孔(71)绕成一相相单元绕组(4)；次级(6)由永磁体阵列和轭板(61)组成，轭板(61)为截面为倒T型轭板，永磁体阵列设置在倒T型轭板上，倒T型轭板的垂直轭位于组合齿槽(72)内，当电机为m相电机时，则有i×m个相单元(2)，相邻两个铁心单元(5)之间的中心距L为L＝[(j-1)+1/m]τp，其中j、k、m、i均为自然数。
2.根据权利要求1所述的集成绕组结构双边永磁同步直线电机，其特征在于所述的相单元铁心(3)中每个铁心单元(5)中的两个齿分别是一个长齿(51)和一个短齿(52)，所述的磁轭由一个短垂直磁轭段(53)、一个长垂直磁轭段(54)和一个水平磁轭段(55)组成；所述的长齿(51)与短齿(52)之间均依次连接有短垂直磁轭段(53)、水平磁轭段(55)和长垂直磁轭段(54)，所述的长齿(51)侧面上部与所述的短垂直磁轭段(53)的一侧侧面下部相连，所述的短垂直磁轭段(53)的另一侧侧面上部与所述的水平磁轭段(55)一端相连，所述的水平磁轭段(55)的另一端与所述的长垂直磁轭段(54)的一侧侧面上部相连，所述的长垂直磁轭段(54)的另一侧侧面与所述的短齿(52)的一个侧面位于同一垂直面上，并且长垂直磁轭段(54)的底面与所述的短齿(52)的上表面相连；铁心单元(5)的长齿(51)、短齿(52)、短垂直磁轭段(53)、长垂直磁轭段(54)和水平磁轭段(55)构成的半封闭空间为齿槽(73)；设定铁心单元(5)的一个端面为正面，则与之相对的另一个端面为背面，相单元铁心(3)中每相邻两个铁心单元(5)为正面与正面相对或背面与背面相对；相单元铁心(3)中k个铁心单元(5)的齿槽(73)叠加形成两个齿孔(71)和一个组合齿槽(72)。
3.根据权利要求1或2所述的集成绕组结构双边永磁同步直线电机，其特征在于两个线圈(41)分别穿过相单元铁心(3)的两个齿孔(71)，并缠绕在水平磁轭段(55)上形成一相相单元绕组(4)。
4.根据权利要求1或2所述的集成绕组结构双边永磁同步直线电机，其特征在于两个线圈(41)分别穿过相单元铁心(3)的两个齿孔(71)，并缠绕在长垂直磁轭段(54)上形成一相相单元绕组(4)。
5.根据权利要求1或2所述的集成绕组结构双边永磁同步直线电机，其特征在于一个线圈(41)分别穿过相单元铁心(3)的两个齿孔(71)，并缠绕在短垂直磁轭段(53)上形成一相相单元绕组(4)。
6.根据权利要求1或2所述的集成绕组结构双边永磁同步直线电机，其特征在于永磁体阵列是粘贴固定在轭板(61)上或嵌入轭板(61)。
7.根据权利要求6所述的集成绕组结构双边永磁同步直线电机，其特征在于所述的永磁体阵列由平板形永磁体(62)组成，平板形永磁体(62)的充磁方向为沿厚度方向充磁，n个平板形永磁体(62)沿动子的运动方向依次间隔排列组成一行运动方向永磁体阵列，所述的运动方向永磁体阵列中每相邻两块平板形永磁体(62)的充磁方向相反，所述的运动方向永磁体阵列分别设置在倒T型轭板的垂直轭沿动子的运动方向的两个侧面上，并每个侧面上只设置有一行运动方向永磁体阵列，所述的两行永磁体阵列的充磁方向相同。
8.根据权利要求6所述的集成绕组结构双边永磁同步直线电机，其特征在于所述的永磁体阵列由平板形永磁体(62)组成，平板形永磁体(62)的充磁方向为沿厚度方向充磁，n个平板形永磁体(62)沿动子的运动方向依次间隔排列组成一行运动方向永磁体阵列，所述的运动方向永磁体阵列中每相邻两块平板形永磁体(62)的充磁方向相反；所述的运动方向永磁体阵列沿动子运动方向嵌入在倒T型轭板的垂直轭内，并贯穿倒T型轭板的垂直轭。
9.根据权利要求6所述的集成绕组结构双边永磁同步直线电机，其特征在于所述的永磁体阵列由平板形永磁体(62)组成，平板形永磁体(62)的充磁方向为沿厚度方向充磁，n个平板形永磁体(62)沿动子的运动方向依次间隔排列组成一行运动方向永磁体阵列，所述的运动方向永磁体阵列中每相邻两块平板形永磁体(62)的充磁方向相反；所述的运动方向永磁体阵列分别设置在倒T型轭板的垂直轭沿动子的运动方向的两个侧面上，并每个侧面上只设置有一行运动方向永磁体阵列，所述的倒T型轭板的垂直轭上的两行永磁体阵列的充磁方向相同；所述的运动方向永磁体阵列分别设置在倒T型轭板的水平轭的两个上表面上，并每个表面上只设置有一行运动方向永磁体阵列，所述的倒T型轭板的水平轭上的两行永磁体阵列的充磁方向相反。
10.根据权利要求6所述的集成绕组结构双边永磁同步直线电机，其特征在于所述的永磁体阵列由平板形永磁体(62)组成，平板形永磁体(62)的充磁方向为沿厚度方向充磁，n个平板形永磁体(62)沿动子的运动方向依次间隔排列组成一行运动方向永磁体阵列，所述的运动方向永磁体阵列中每相邻两块平板形永磁体(62)的充磁方向相反；所述的运动方向永磁体阵列沿动子运动方向嵌入在倒T型轭板的垂直轭内，并贯穿倒T型轭板的垂直轭；所述的运动方向永磁体阵列分别设置在倒T型轭板的水平轭的两个上表面上，并每个表面上只设置有一行运动方向永磁体阵列，所述的倒T型轭板的水平轭上的两行永磁体阵列的充磁方向相反。
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