CN101789677A - 低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构 - Google Patents

低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构 Download PDF

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Abstract

低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，属于电机技术领域，它解决了现有纵向磁场圆筒形永磁同步直线电机的定位力及推力波动大的问题。它通过将次级的气隙侧表面沿运动方向优化呈弧形，设置永磁体与次级轭筒或次级轭板的相对位置，通过永磁体充磁方向的选取，使采用所述次级结构的电机为横向磁通结构或纵向磁通结构。本发明作为一种直线电机的次级结构。

Description

低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构
技术领域
本发明涉及一种低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，属于电机技术领域。
背景技术
传统的纵向磁场圆筒形永磁同步直线电机的次级结构如图16所示，该次级结构主要由环形永磁体与圆柱形导磁轭（轴筒）构成，其永磁体采用径向充磁，N、S极相间沿轴向依次排列在导磁轭上。该次级结构的优点是结构简单，但同时存在以下缺点：难以形成正弦波气隙磁场及正弦波反电势，使电机的定位力及推力波动大，控制精度低；由于环形永磁体为径向充磁，使永磁体的制造成本高；由于永磁体脆性大，耐振性差，需要采取专门措施加以防护，增加了电机成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，它解决了现有纵向磁场圆筒形永磁同步直线电机的定位力及推力波动大的问题。
本发明所述次级的气隙侧表面沿运动方向呈波浪形，使所述次级形成的气隙磁场成正弦分布。
本发明的优点是：本发明通过将次级的气隙侧表面沿运动方向优化呈弧形，使其形成的气隙磁场更接接近正弦分布，减小气隙磁场的高次谐波，进而减小电机的定位力；同时次级结构的外表面呈弧形，使初级绕组的反电势正弦化，能够减小电机的电磁推力脉动；本发明电机次级结构的强度与可靠性高，同时，电机的振动小、噪声低、定位精度高。
附图说明
图1是实施方式一所述的次级结构示意图；图2是电机为纵向磁通结构时，永磁体为瓦片形时，图1的左视图；图3是电机为纵向磁通结构时，永磁体为平板形时，图1的左视图；图4是电机为横向磁通结构时，永磁体为瓦片形时，图1的左视图；图5是电机为横向磁通结构时，永磁体为平板形时，图1的左视图；图6是图1的轴向局部剖视图；图7是实施方式二所述的次级结构示意图；图8是实施方式三所述的次级结构示意图；图9是电机为纵向磁通结构时，实施方式三的永磁体极性分布示意图；图10是实施方式五所述的次级结构示意图；图11是图10的剖视图；图12是电机为纵向磁通结构时，图10的左视图；图13是电机为纵向磁通结构时，图10的左视图；图14是实施方式六所述的次级结构示意图；图15是实施方式七所述的次级结构示意图；图16是传统的纵向磁场圆筒形永磁同步直线电机的次级结构图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1-图15说明本实施方式，本实施方式所述次级的气隙侧表面沿运动方向呈波浪形，使所述次级形成的气隙磁场成正弦分布。
具体实施方式二：下面结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明：本实施方式所述次级为轴对称结构，它包括次级轭筒1和多个永磁体2，
次级轭筒1的外表面为所述次级的气隙侧表面，次级轭筒1的外表面下开有多个轴向通孔，多个轴向通孔沿圆周方向均匀分布；
永磁体2为瓦片形或平板形，每个轴向通孔内等间隙的设置多个永磁体2，每个永磁体2与轴向通孔紧密配合，轴向通孔内的每个永磁体2的位置分别对应于次级轭筒1外表面的一个波浪的突起，并且每个永磁体2的中心线与相应的突起的中心线重合；
次级轭筒1上沿圆周方向的相邻轴向通孔之间为磁桥，磁桥的宽度为0mm-2mm；
所述次级所产生的磁场为纵向磁通结构或横向磁通结构。
本实施方式所述永磁体2为径向充磁或平行充磁，所述次级结构为纵向磁通结构时，每个轴向通孔内的相邻永磁体2的充磁方向相反，次级轭筒1上沿圆周方向的相邻永磁体2的充磁方向相同；所述次级结构为横向磁通结构时，每个轴向通孔内的相邻永磁体2的充磁方向相反，次级轭筒1上沿圆周方向的相邻永磁体2的充磁方向相反；次级轭筒1采用高导磁材料制成。
具体实施方式三：下面结合图7说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明：本实施方式所述次级为轴对称结构，它包括多个次级轭筒1、多个永磁体2和间隔环3，
所述次级轭筒1和间隔环3沿轴向相间紧密排列，次级轭筒1的外表面为次级的气隙侧表面的突起，间隔环3的外表面为次级的气隙侧表面的波谷，
每个次级轭筒1的外表面下开有多个轴向通孔，多个轴向通孔沿圆周方向均匀分布；
永磁体2为瓦片形或平板形，每个轴向通孔内设置一个永磁体2，永磁体2与轴向通孔紧密配合，每个轴向通孔内永磁体2的中心线与次级轭筒1的外表面的突起的中心线重合；
每个次级轭筒1上沿圆周方向的相邻轴向通孔之间为磁桥，磁桥的宽度为0mm-2mm；
所述次级所产生的磁场为纵向磁通结构或横向磁通结构。
本实施方式所述永磁体2为径向充磁或平行充磁，所述次级结构为纵向磁通结构时，沿轴向相邻永磁体2的充磁方向相反，每个次级轭筒1上沿圆周方向的相邻永磁体2的充磁方向相同；所述次级结构为横向磁通结构时，沿轴向相邻永磁体2的充磁方向相反，每个次级轭筒1上沿圆周方向的相邻永磁体2的充磁方向相反。次级轭筒1采用高导磁材料制成，间隔环3采用非导磁材料制成。
具体实施方式四：下面结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明：本实施方式所述次级为轴对称结构，它包括多个次级轭筒1和多个永磁体2，
永磁体2为环形，所述次级轭筒1和永磁体2沿轴向相间紧密排列，次级轭筒1的外表面为次级的气隙侧表面的突起，永磁体2的外表面为次级的气隙侧表面的波谷，永磁体2为轴向充磁，沿轴向每相邻两个永磁体2的充磁方向相反。
本实施方式所述的次级结构为纵向磁通结构，永磁体2可以为整个圆环或由多个沿圆周方向的分段拼成的圆环，每个分段的大小相等，相邻分段的永磁体的充磁方向相同。次级轭筒1采用高导磁材料制成。
具体实施方式五：本实施方式与实施方式四的不同之处在于所述永磁体2由多个形状相同的圆弧段永磁体组成，相邻圆弧段永磁体的充磁方向相反。其它组成及连接关系与实施方式四相同。
本实施方式所述次级结构为横向磁通结构。
具体实施方式六：下面结合图10-图13说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明：本实施方式所述次级为平板形结构，它包括次级轭板11和多个永磁体2，
次级轭板11的气隙侧表面为所述次级的气隙侧表面，次级轭板11的气隙侧表面下开有多个沿运动方向的通孔，多个通孔在次级轭板11的气隙侧表面下沿横向均匀分布，
永磁体2为平板形，每个通孔内等间隙的设置多个永磁体2，每个永磁体2与通孔紧密配合，通孔内的每个永磁体2的位置分别对应于次级轭板11气隙侧表面的一个波浪的突起，并且每个永磁体2的中心线与相应的突起的中心线重合；
次级轭板11上沿横向相邻通孔之间为磁桥，磁桥的宽度为0mm-2mm；
所述次级所产生的磁场为纵向磁通结构或横向磁通结构。
本实施方式所述永磁体2为平行充磁，所述次级结构为纵向磁通结构时，每个通孔内的相邻永磁体2的充磁方向相反，次级轭板11上沿横向的相邻永磁体2的充磁方向相同；所述次级结构为横向磁通结构时，每个通孔内的相邻永磁体2的充磁方向相反，次级轭板11上沿横向的相邻永磁体2的充磁方向相反。次级轭板11采用高导磁材料制成。
具体实施方式七：下面结合图14说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明：本实施方式所述次级为平板形结构，它包括多个次级轭板11、多个永磁体2和多个间隔板31，
所述次级轭板11和间隔板31沿轴向相间紧密排列，次级轭板11的气隙侧表面为次级的气隙侧表面的突起，间隔板31的外表面为次级的气隙侧表面的波谷，
每个次级轭板11的气隙侧表面下开有多个沿运动方向的通孔，多个通孔在次级轭板11的气隙侧表面下沿横向均匀分布，
永磁体2为平板形，每个通孔内设置一个永磁体2，永磁体2与通孔紧密配合，每个永磁体2的中心线与次级轭板11的气隙侧表面的突起的中心线重合；
每个次级轭板11上沿横向的相邻永磁体2之间为磁桥，磁桥的宽度为0mm-2mm；
所述次级所产生的磁场为纵向磁通结构或横向磁通结构。
本实施方式所述永磁体2为平行充磁，所述次级结构为纵向磁通结构时，沿运动方向相邻永磁体2的充磁方向相反，每个次级轭板11上沿横向的相邻永磁体2的充磁方向相同；所述次级结构为横向磁通结构时，沿运动方向相邻永磁体2的充磁方向相反，每个次级轭板11上沿横向的相邻永磁体2的充磁方向相反。次级轭板11采用高导磁材料制成；间隔板31采用非导磁材料制成。
具体实施方式八：下面结合图15说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明：本实施方式所述次级为平板形结构，它包括多个次级轭板11和多个永磁体2，
永磁体2为平板形，所述次级轭板11和永磁体2沿轴向相间紧密排列，次级轭板11的气隙侧表面为次级的气隙侧表面的突起，永磁体2的气隙侧表面为次级的气隙侧表面的波谷，永磁体2沿运动方向充磁，相邻永磁体2的充磁方向相反。
本实施方式所述次级结构为纵向磁通结构，次级轭板11采用高导磁材料制成。
具体实施方式九：本实施方式与实施方式八的不同之处在于所述永磁体2由多个形状相同的永磁体沿横向紧密排列组成，相邻形状相同的永磁体的充磁方向相反。其它组成及连接关系与实施方式八相同。
本实施方式所述次级结构为横向磁通结构。

Claims (9)

1.一种低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，其特征在于：所述次级的气隙侧表面沿运动方向呈波浪形，使所述次级形成的气隙磁场成正弦分布。
2.根据权利要求1所述的低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，其特征在于：所述次级为轴对称结构，它包括次级轭筒（1）和多个永磁体（2），
次级轭筒（1）的外表面为所述次级的气隙侧表面，次级轭筒（1）的外表面下开有多个轴向通孔，多个轴向通孔沿圆周方向均匀分布；
永磁体（2）为瓦片形或平板形，每个轴向通孔内等间隙的设置多个永磁体（2），每个永磁体（2）与轴向通孔紧密配合，轴向通孔内的每个永磁体（2）的位置分别对应于次级轭筒（1）外表面的一个波浪的突起，并且每个永磁体（2）的中心线与相应的突起的中心线重合；
次级轭筒（1）上沿圆周方向的相邻轴向通孔之间为磁桥，磁桥的宽度为0mm-2mm；
所述次级所产生的磁场为纵向磁通结构或横向磁通结构。
3.根据权利要求1所述的低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，其特征在于：所述次级为轴对称结构，它包括多个次级轭筒（1）、多个永磁体（2）和间隔环（3），
所述次级轭筒（1）和间隔环（3）沿轴向相间紧密排列，次级轭筒（1）的外表面为次级的气隙侧表面的突起，间隔环（3）的外表面为次级的气隙侧表面的波谷，
每个次级轭筒（1）的外表面下开有多个轴向通孔，多个轴向通孔沿圆周方向均匀分布；
永磁体（2）为瓦片形或平板形，每个轴向通孔内设置一个永磁体（2），永磁体（2）与轴向通孔紧密配合，每个轴向通孔内永磁体（2）的中心线与次级轭筒（1）的外表面的突起的中心线重合；
每个次级轭筒（1）上沿圆周方向的相邻轴向通孔之间为磁桥，磁桥的宽度为0mm-2mm；
所述次级所产生的磁场为纵向磁通结构或横向磁通结构。
4.根据权利要求1所述的低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，其特征在于：所述次级为轴对称结构，它包括多个次级轭筒（1）和多个永磁体（2），
永磁体（2）为环形，所述次级轭筒（1）和永磁体（2）沿轴向相间紧密排列，次级轭筒（1）的外表面为次级的气隙侧表面的突起，永磁体（2）的外表面为次级的气隙侧表面的波谷，永磁体（2）为轴向充磁，沿轴向每相邻两个永磁体（2）的充磁方向相反。
5.根据权利要求4所述的低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，其特征在于：
所述永磁体（2）由多个形状相同的圆弧段永磁体组成，相邻圆弧段永磁体的充磁方向相反。
6.根据权利要求1所述的低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，其特征在于：所述次级为平板形结构，它包括次级轭板（11）和多个永磁体（2），
次级轭板（11）的气隙侧表面为所述次级的气隙侧表面，次级轭板（11）的气隙侧表面下开有多个沿运动方向的通孔，多个通孔在次级轭板（11）的气隙侧表面下沿横向均匀分布，
永磁体（2）为平板形，每个通孔内等间隙的设置多个永磁体（2），每个永磁体（2）与通孔紧密配合，通孔内的每个永磁体（2）的位置分别对应于次级轭板（11）气隙侧表面的一个波浪的突起，并且每个永磁体（2）的中心线与相应的突起的中心线重合；
次级轭板（11）上沿横向相邻通孔之间为磁桥，磁桥的宽度为0mm-2mm；
所述次级所产生的磁场为纵向磁通结构或横向磁通结构。
7.根据权利要求1所述的低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，其特征在于：所述次级为平板形结构，它包括多个次级轭板（11）、多个永磁体（2）和多个间隔板（31），
所述次级轭板（11）和间隔板（31）沿轴向相间紧密排列，次级轭板（11）的气隙侧表面为次级的气隙侧表面的突起，间隔板（31）的外表面为次级的气隙侧表面的波谷，
每个次级轭板（11）的气隙侧表面下开有多个沿运动方向的通孔，多个通孔在次级轭板（11）的气隙侧表面下沿横向均匀分布，
永磁体（2）为平板形，每个通孔内设置一个永磁体（2），永磁体（2）与通孔紧密配合，每个永磁体（2）的中心线与次级轭板（11）的气隙侧表面的突起的中心线重合；
每个次级轭板（11）上沿横向的相邻永磁体（2）之间为磁桥，磁桥的宽度为0mm-2mm；
所述次级所产生的磁场为纵向磁通结构或横向磁通结构。
8.根据权利要求1所述的低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，其特征在于：所述次级为平板形结构，它包括多个次级轭板（11）和多个永磁体（2），
永磁体（2）为平板形，所述次级轭板（11）和永磁体（2）沿轴向相间紧密排列，次级轭板（11）的气隙侧表面为次级的气隙侧表面的突起，永磁体（2）的气隙侧表面为次级的气隙侧表面的波谷，永磁体（2）沿运动方向充磁，相邻永磁体（2）的充磁方向相反。
9.根据权利要求8所述的低推力波动正弦波永磁同步直线电机的次级结构，其特征在于：
所述永磁体（2）由多个形状相同的永磁体沿横向紧密排列组成，相邻形状相同的永磁体的充磁方向相反。
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