CN101895187A - 直线永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

直线永磁同步电机，属于电机技术领域。它解决了传统的平板型直线永磁同步电机的冷却效果差及绕组线圈之间的互感影响电流控制精度的问题。它的初级包括电枢铁心、电枢绕组和推力输出板，电枢铁心为长方体，电枢铁心的气隙侧表面沿运动方向为平行齿槽结构，多个等宽的槽使电枢铁心的气隙侧表面形成宽齿与窄齿的依次等间隔排列，电枢绕组套装在宽齿上，电枢绕组由单层线圈串联或并联构成，所述线圈为方形；电枢铁心的轭部具有多个圆形通孔，圆形通孔的开孔方向与电机的运动方向垂直，电枢铁心的轭部固定有推力输出板；次级由磁轭和多个永磁体组成，多个永磁体在磁轭的气隙侧表面沿运动方向依次紧密排列。本发明适用于直线永磁同步电机。

Description

直线永磁同步电机

技术领域

本发明涉及一种直线永磁同步电机，属于电机技术领域。

背景技术

传统的平板型直线永磁同步电机的结构如图6所示。电机为整数槽结构，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τ_p设计得大时，永磁体的导磁轭部会增厚，从而增加电机的体积和重量；而当电机的极距τ_p设计得小时，会使电枢铁心的齿距τ_t很小，这又会降低电枢齿的强度，这两方面的影响，使电机的齿距τ_t和极距τ_p的设计不容易兼顾。同时整数槽结构电机的各相绕组线圈露在铁心齿外的端部比较长，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，增加制造成本。它的相与相之间还存在磁耦合，绕组线圈之间互感的存在会影响电流的控制精度。

为了增强电机的冷却能力、提高电机的推力密度和可靠性，电机内部常采用水冷或油冷等液体冷却方式进行冷却，根据液体冷却管路布置位置的不同，液体冷却又分为机壳管路冷却和内部绕组管路冷却，机壳管路冷却需要在机壳内部形成水路，会造成电机的体积大、结构复杂，且铁心与机壳间的热阻大，这种方式电机的冷却效果差；内部绕组管路冷却的方式，可以直接对绕组进行冷却，冷却效果好，但是这种冷却方式由于其冷却管路占据了绕组所在空间，造成绕组的电阻大、损耗多，降低了电机的效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的平板型直线永磁同步电机的冷却效果差及绕组线圈之间的互感影响电流控制精度的问题，提供一种直线永磁同步电机。

本发明包括初级和次级，初级和次级之间形成气隙，

初级包括电枢铁心、电枢绕组和推力输出板，电枢铁心为长方体，电枢铁心的气隙侧表面沿运动方向为平行齿槽结构，多个等宽的槽使电枢铁心的气隙侧表面形成宽齿与窄齿的依次等间隔排列，电枢绕组套装在宽齿上，电枢绕组由单层线圈串联或并联构成，所述线圈为方形；电枢铁心的轭部具有多个圆形通孔，圆形通孔的开孔方向与电机的运动方向垂直，电枢铁心的轭部固定有推力输出板；

次级由磁轭和多个永磁体组成，多个永磁体在磁轭的气隙侧表面沿运动方向依次紧密排列。

初级还包括冷却管，所述多个圆形通孔沿运动方向排列成一行，每个圆形通孔内嵌放有冷却管，冷却管在电枢铁心轭部的上下两面沿运动方向蛇形串联形成一个冷却管道。

本发明的优点是：本发明提出了一种高性能直线永磁同步电机，它在电枢铁心的轭部设置有冷却管，这种高性能的冷却方式，大大提高了电机的冷却能力，从而有效地提高了电机的推力密度；同时，由于采用单层集中成型线圈形成电枢绕组，使电枢绕组的绝缘简单、槽满率高、容错能力强、制造成本低、电枢绕组与铁心间的热阻小，由此可以减小电枢绕组的铜耗，提高电机效率，进一步降低电机的温升。电枢绕组的成型方式，使电机相与相之间互感小，电流的控制精度高。同时电机的结构强度好、定位精度高。

本发明具有冷却效果好、推力密度高、绝缘简单、容错能力强、制造成本低、绕组槽满率高、效率高等优点，在数控机床、数控加工中心等装备制造领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明单边结构的直线永磁同步电机的结构示意图；图2为实施方式四所述单边结构的直线永磁同步电机的结构示意图；图3为本发明双边结构的直线永磁同步电机的初级电枢铁心的结构示意图；图4为本发明双边结构的直线永磁同步电机的结构示意图；图5为电枢绕组线圈的结构示意图；图6为传统的平板型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：下面结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式包括初级1和次级2，初级1和次级2之间形成气隙，

初级1包括电枢铁心1-1、电枢绕组1-2和推力输出板，电枢铁心1-1为长方体，电枢铁心1-1的气隙侧表面沿运动方向为平行齿槽结构，多个等宽的槽1-14使电枢铁心1-1的气隙侧表面形成宽齿1-11与窄齿1-12的依次等间隔排列，电枢绕组1-2套装在宽齿1-11上，电枢绕组1-2由集中成型的单层线圈串联或并联构成，所述线圈为方形；电枢铁心1-1的轭部具有多个圆形通孔1-13，圆形通孔1-13的开孔方向与电机的运动方向垂直，电枢铁心1-1的轭部固定有推力输出板；

次级2由磁轭2-1和多个永磁体2-2组成，多个永磁体2-2在磁轭2-1的气隙侧表面沿运动方向依次紧密排列。

本实施方式中，在电枢铁心1-1的轭部设置多个圆形通孔1-13，在圆形通孔1-13内不嵌放任何冷却结构，而是作为电机的横向自然散热通道。

宽齿1-11与窄齿1-12的依次等间隔排列使每个槽1-14中只有一个电枢绕组1-2，这种结构使电枢绕组1-2之间绝缘容易，可靠性高。

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于初级1还包括冷却管1-3，所述多个圆形通孔1-13沿运动方向排列成一行，每个圆形通孔1-13内嵌放有冷却管1-3，冷却管1-3在电枢铁心1-1轭部的上下两面沿运动方向蛇形串联形成一个冷却管道。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

本实施方式中，在电枢铁心1-1的多个圆形通孔1-13内设置了冷却管1-3，它进一步增强了对电机的冷却能力。

本实施方式直线永磁同步电机为单边结构，它的冷却管1-3在电枢铁心1-1轭部呈单管布置，电枢铁心1-1轭部同时具有固定推力输出板的销孔或螺栓孔，销孔为半闭口槽结构，上面开口，销孔内安装有定位销，定位销上表面为平面，定位销上沿垂向开有螺纹孔，推力输出板与定位销之间通过螺栓连接。

具体实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同之处在于初级1还包括冷却管1-3，所述多个圆形通孔1-13沿运动方向排列成两行，每个圆形通孔1-13内嵌放有冷却管1-3，每行圆形通孔1-13内的冷却管1-3在电枢铁心1-1轭部的上下两面沿运动方向蛇形串联形成一个冷却管道，两个冷却管道的一端相连通。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

具体实施方式四：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于初级1还包括冷却管1-3和多个导热热管，电枢铁心1-1轭部的上下两面各固定有一个截面为圆环形或方形的冷却管1-3，两个冷却管1-3在电枢铁心1-1的一端侧串联在一起；

所述多个圆形通孔1-13沿运动方向排列成一行，每个圆形通孔1-13内嵌放有一个导热热管，导热热管的两端为两个冷端，一个冷端嵌放进一个冷却管1-3内，另一个冷端嵌放进另一个冷却管1-3内。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

所述冷却管1-3内通有冷却液。所述导热热管为内部真空结构，其内部的液体的沸点特别低，当电机温升使液体气化后，蒸汽会把热量带至导热热管的顶端，经冷却管1-3对其冷却后，冷凝后的液体再次流向导热热管的底部，吸热后再蒸发，如此重复循环，达到对电机内部进行冷却的目的。

具体实施方式五：本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述电枢铁心1-1由多个叠片叠加组成，多个叠片叠加的方向与电机运动方向垂直。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述电机为三相电机，相邻窄齿1-12与宽齿1-11之间的齿距为永磁体2-2极距的三分之二或三分之四倍，宽齿1-11的齿高大于等于窄齿1-12的齿高。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述窄齿1-12的齿宽为宽齿1-11齿宽的0.4至0.9倍。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述宽齿1-11的齿数比窄齿1-12的齿数少一个。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

具体实施方式九：下面结合图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式与实施方式一、二、三、四、五、六、七或八的不同之处在于所述初级1为双边初级，所述次级2为双边次级，双边初级位于双边次级的中间，双边初级与双边次级之间形成双气隙。其它组成及连接关系与实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

本实施方式中，双边初级的两侧气隙侧表面的平行槽的槽底之间为电枢铁心1-1轭部，在轭部的圆形通孔1-13内嵌放冷却管1-3，冷却管1-3中可以通入冷却液对电机进行冷却。等宽的平行槽沿运动方向不等间隔排列，即形成宽齿1-11、窄齿1-12与平行槽依次间隔排列。

具体实施方式十：本实施方式与实施方式九的不同之处在于所述双边初级两气隙侧表面上的对应齿之间沿运动方向错开距离                                               

，，其中

为次级2上永磁体2-2的极距；所述双边初级的对应齿上套装的线圈为同一相。其它组成及连接关系与实施方式九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与实施方式九或十的不同之处为，本实施方式所述直线永磁同步电机为双边结构，在电枢铁心1-1的两个气隙侧表面各开24个平行槽，形成12个宽齿1-11、13个窄齿1-12与平行槽的依次间隔排列，在电枢铁心1-1轭部开24个用于嵌放冷却管1-3的圆形通孔1-13，6个用于安装固定推力输出板的螺栓孔（或销孔）。在圆形通孔1-13内嵌放有冷却管1-3，相邻圆形通孔1-13内的冷却管1-3在初级电枢铁心1-1轭部的上下两面沿运动方向串联起来，所有冷却管1-3串联成一个冷却管道，可以在管道中通入冷却液对电机进行冷却。推力输出板固定于电枢铁心1-1轭部。电枢绕组1-2为三相对称绕组，由24个集中成型单层线圈构成，线圈为方形，套装在宽齿1-11上。其它组成及连接关系与实施方式九或十相同。

本发明不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。

Claims (10)

1.一种直线永磁同步电机，它包括初级（1）和次级（2），初级（1）和次级（2）之间形成气隙，其特征在于：

初级（1）包括电枢铁心（1-1）、电枢绕组（1-2）和推力输出板，电枢铁心（1-1）为长方体，电枢铁心（1-1）的气隙侧表面沿运动方向为平行齿槽结构，多个等宽的槽（1-14）使电枢铁心（1-1）的气隙侧表面形成宽齿（1-11）与窄齿（1-12）的依次等间隔排列，电枢绕组（1-2）套装在宽齿（1-11）上，电枢绕组（1-2）由单层线圈串联或并联构成，所述线圈为方形；电枢铁心（1-1）的轭部具有多个圆形通孔（1-13），圆形通孔（1-13）的开孔方向与电机的运动方向垂直，电枢铁心（1-1）的轭部固定有推力输出板；

次级（2）由磁轭（2-1）和多个永磁体（2-2）组成，多个永磁体（2-2）在磁轭（2-1）的气隙侧表面沿运动方向依次紧密排列。

2.根据权利要求1所述的直线永磁同步电机，其特征在于：初级（1）还包括冷却管（1-3），所述多个圆形通孔（1-13）沿运动方向排列成一行，每个圆形通孔（1-13）内嵌放有冷却管（1-3），冷却管（1-3）在电枢铁心（1-1）轭部的上下两面沿运动方向蛇形串联形成一个冷却管道。

3.根据权利要求1所述的直线永磁同步电机，其特征在于：初级（1）还包括冷却管（1-3），所述多个圆形通孔（1-13）沿运动方向排列成两行，每个圆形通孔（1-13）内嵌放有冷却管（1-3），每行圆形通孔（1-13）内的冷却管（1-3）在电枢铁心（1-1）轭部的上下两面沿运动方向蛇形串联形成一个冷却管道，两个冷却管道的一端相连通。

4.根据权利要求1所述的直线永磁同步电机，其特征在于：初级（1）还包括冷却管（1-3）和多个导热热管，电枢铁心（1-1）轭部的上下两面各固定有一个截面为圆环形或方形的冷却管（1-3），两个冷却管（1-3）在电枢铁心（1-1）的一端侧串联在一起；

所述多个圆形通孔（1-13）沿运动方向排列成一行，每个圆形通孔（1-13）内嵌放有一个导热热管，导热热管的两端为两个冷端，一个冷端嵌放进一个冷却管（1-3）内，另一个冷端嵌放进另一个冷却管（1-3）内。

5.根据权利要求1所述的直线永磁同步电机，其特征在于：所述电枢铁心（1-1）由多个叠片叠加组成，多个叠片叠加的方向与电机运动方向垂直。

6.根据权利要求1所述的直线永磁同步电机，其特征在于：所述电机为三相电机，相邻窄齿（1-12）与宽齿（1-11）之间的齿距为永磁体（2-2）极距的三分之二或三分之四倍，宽齿（1-11）的齿高大于等于窄齿（1-12）的齿高。

7.根据权利要求1所述的直线永磁同步电机，其特征在于：所述窄齿（1-12）的齿宽为宽齿（1-11）齿宽的0.4至0.9倍。

8.根据权利要求1所述的直线永磁同步电机，其特征在于：所述宽齿（1-11）的齿数比窄齿（1-12）的齿数少一个。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的直线永磁同步电机，其特征在于：所述初级（1）为双边初级，所述次级（2）为双边次级，双边初级位于双边次级的中间，双边初级与双边次级之间形成双气隙。

10.根据权利要求9所述的直线永磁同步电机，其特征在于：所述双边初级两气隙侧表面上的对应齿之间沿运动方向错开距离                                                

，

，其中

为次级（2）上永磁体（2-2）的极距；所述双边初级的对应齿上套装的线圈为同一相。

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