CN102185458B - 高精度无槽永磁电机 - Google Patents
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Abstract
高精度无槽永磁电机。它涉及电机领域，它解决了电机的效率和推力密度低、推力波动大、振动和噪声高的缺陷，以及次级的重量和电机成本高的问题。它通过优化次级的电磁结构，减小次级重量、降低电机推力波动和成本、提高气隙磁密、气隙磁场的正弦度、电机的电磁推力以及电机的效率与控制精度。次级由主永磁体、辅助永磁体、聚磁体和轭板组成，并限定其之间特定侧面的宽度，主永磁体横截面为矩形，辅助永磁体横截面为梯形与矩形或矩形与矩形组成，聚磁体横截面为梯形或矩形，主永磁体与辅助永磁体依次间隔排列固定在导磁轭板上，并且主永磁体、辅助永磁体和聚磁体之间紧密配合，每相邻两个主永磁体充磁方向相反，每相邻两个辅助永磁体充磁方向相反。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，具体涉及高精度无槽永磁电机。
背景技术
图16所示为传统的双边无铁心结构直线永磁同步电机的结构示意图。该电机的次级由轭板和平板形永磁体构成，永磁体沿与运动方向垂直方向平行充磁，永磁体沿运动方向N、S相间依次排列固定在次级轭板内侧，次级双边对应永磁体的充磁方向相同，初级位于两个次级板之间。永磁体产生磁力线的法向分量垂直穿过初级，通电的初级绕组与次级永磁体磁场相互作用，产生电磁力，推动动子作直线运动。
但是该直线电机存在以下缺点：气隙磁密低，气隙磁密波形的正弦度差，因此电机的效率和推力密度低、推力波动大，电机的振动和噪声高。同时，次级永磁体用量大，次级的重量和电机成本高。
发明内容
本发明为了解决电机的效率和推力密度低、推力波动大、振动和噪声高的缺陷，以及次级的重量和电机成本高的问题，而提出了一种高精度无槽永磁电机。
本发明的高精度无槽永磁电机是平板型永磁直线电机，它包括初级和次级；次级为双边次级，初级采用无铁心结构或有铁心无槽结构，初级位于双边次级的内侧，初级与双边次级之间具有气隙；次级由主永磁体1、辅助永磁体2、聚磁体3和轭板4组成，主永磁体1为平板形永磁体，所述的平板形永磁体为平行充磁，辅助永磁体2为横截面为梯形与矩形或矩形与矩形组成的T形永磁体，所述的T形永磁体为平行充磁，聚磁体3为横截面为梯形或矩形聚磁体，沿运动方向，主永磁体1与辅助永磁体2依次间隔排列固定在平板形的导磁轭板4内侧面上，并且所述的辅助永磁体2的T形永磁体的小端面固定在导磁轭板4上，聚磁体3固定在主永磁体1与辅助永磁体2所形成的槽中，并且主永磁体1、辅助永磁体2和聚磁体3之间紧密配合，所述的辅助永磁体2的内侧面和聚磁体3的内侧面处于同一平面，每相邻两个主永磁体1的充磁方向相反，每相邻两个辅助永磁体2的充磁方向相反，主永磁体1的充磁方向垂直于电机运动方向，辅助永磁体2的充磁方向平行于电机运动方向，即主永磁体1的充磁方向垂直于辅助永磁体2的充磁方向，双边次级对应的主永磁体1的充磁方向相同，双边次级对应的辅助永磁体2的充磁方向相反；聚磁体3的内侧面宽度A小于等于导磁轭板4的厚度B，聚磁体3的外侧面宽度E小于主永磁体1的运动方向宽度C，导磁轭板4的厚度B小于主永磁体1的运动方向宽度C，辅助永磁体2的内侧面宽度D大于导磁轭板4的厚度B。
本发明高精度无槽永磁电机是圆筒型永磁直线电机，它包括初级和次级；初级采用无铁心结构或有铁心无槽结构，初级位于次级的外侧，初级与次级之间具有气隙；次级由主永磁体1、辅助永磁体2、聚磁体3和导磁轭筒5组成，主永磁体1为轴向横截面为矩形的环形永磁体，所述的环形永磁体为径向充磁或径向平行充磁，辅助永磁体2为轴向横截面为梯形与矩形或矩形与矩形组成的环状T形永磁体，所述的环状T形永磁体为轴向充磁；聚磁体3为轴向横截面为梯形或矩形的环形聚磁体，沿轴向，主永磁体1与辅助永磁体2依次间隔排列固定在圆筒形的导磁轭筒5外侧面上，并且所述的辅助永磁体2的环状T形永磁体的小环面固定在导磁轭板4上，聚磁体3固定在主永磁体1与辅助永磁体2所形成的环形槽中，并且主永磁体1、辅助永磁体2和聚磁体3之间紧密配合，所述的辅助永磁体2的外侧面和聚磁体3的外侧面处于同一环形面，每相邻两主永磁体1的充磁方向相反，每相邻两辅助永磁体2的充磁方向相反，聚磁体3的外侧面宽度A小于等于导磁轭筒5的侧面径向厚度B，聚磁体3的内侧面宽度E小于主永磁体1的轴向宽度C，辅助永磁体2的外侧面宽度D大于导磁轭筒5的侧面径向厚度B。
本发明高精度无槽永磁电机是平面永磁电机，它包括初级和次级；次级为阵列式次级，初级采用无铁心结构或有铁心无槽结构，初级位于次级的一侧，初级与次级之间具有气隙；次级由主永磁体1、辅助永磁体2、聚磁体3和轭板4组成，主永磁体1为平板形永磁体11，所述的平板形永磁体11为平行Z向充磁，辅助永磁体2为横截面为梯形与矩形或矩形与矩形组成的复合形永磁体，所述的复合形永磁体为X向或Y向平行充磁；聚磁体3为X向与Y向横截面为梯形或矩形、Z向横截面为正方形的聚磁体，在导磁轭板4上，主永磁体1与辅助永磁体2依次沿X向或Y向间隔排列固定在轭板4上表面上，并且辅助永磁体2的底面对角线两端分别设有一个矩形凹槽，所述的两个矩形凹槽内分别嵌放有两个相邻的主永磁体1的一角，每块主永磁体1的四个角分别嵌放在与其相邻的四块辅助永磁体2的矩形凹槽中，并且主永磁体1、辅助永磁体2和聚磁体3之间紧密配合，每相邻两个主永磁体1的充磁方向相反，每相邻两个辅助永磁体2的充磁方向成90°角，包围同一块主永磁体1的四块辅助永磁体2的充磁方向同时向外或向内，辅助永磁体2的气隙侧的表面为矩形，所述的矩形长边的长度等于聚磁体3气隙侧的表面正方形边长的2倍，辅助永磁体2的充磁方向平行于短边方向，聚磁体3的气隙侧的表面X向与Y向宽度A小于等于导磁轭板4的厚度B，聚磁体3的相对于气隙侧的表面X向与Y向宽度E小于主永磁体1的X向与Y向宽度C，辅助永磁体2的气隙侧的表面充磁方向宽度D大于导磁轭板4的厚度B。
本发明高精度无槽永磁电机是圆筒型永磁旋转电机，电机包括定子和转子；定子采用无铁心结构或有铁心无槽结构，转子位于定子的外侧或内侧，定子与转子之间具有气隙；转子由主永磁体1、辅助永磁体2、聚磁体3和导磁轭筒5组成，主永磁体1为轴向横截面为扇形的永磁体，所述的永磁体为径向充磁或径向平行充磁，辅助永磁体2为轴向横截面为两个扇形径向组成的T形永磁体，所述的T形永磁体为切向充磁；聚磁体3为轴向横截面扇形的聚磁体，沿圆周方向，主永磁体1与辅助永磁体2依次间隔排列固定在圆筒形的导磁轭筒5内侧面或外侧面上，聚磁体3固定在主永磁体1与辅助永磁体2所形成的槽中，并且主永磁体1、辅助永磁体2和聚磁体3之间紧密配合，所述的辅助永磁体2的外侧面或内侧面和聚磁体3的外侧面或内侧面处于同一环形面，每相邻两个主永磁体1的充磁方向相反，每相邻两个辅助永磁体2的充磁方向相反，聚磁体3的周向角α小于主永磁体1的周向角β。
本发明提出一种高精度无槽永磁电机。通过优化次级的电磁结构，可以减小次级重量、降低电机推力波动和成本、提高气隙磁密、气隙磁场的正弦度、电机的电磁推力以及电机的效率与控制精度。
附图说明
图1是高精度无槽永磁电机是平板型永磁直线电机时的结构示意图；图2和图3是高精度无槽永磁电机是圆筒型永磁直线电机时的结构示意图，图2是聚磁体3的轴向横截面为矩形的环形聚磁体和辅助永磁体2的轴向横截面为矩形与矩形组成的环状T形永磁体的结构示意图，图3是聚磁体3的轴向横截面为梯形的环形聚磁体和辅助永磁体2的轴向横截面为梯形与矩形组成的环状T形永磁体的结构示意图；图4至图13是高精度无槽永磁电机是平面永磁电机时的结构示意图，图4是次级结构示意图，图5至图9是辅助永磁体2的结构示意图，图5是辅助永磁体2的轴侧图(可见面为侧面)，图6是辅助永磁体2的主视图，图7是辅助永磁体2的右侧视图，图8是辅助永磁体2的仰视图，图9是辅助永磁体2的轴侧图(可见面为底面)，图10是聚磁体3是X向与Y向横截面为矩形的聚磁体和辅助永磁体2为横截面为矩形与矩形组成的复合形永磁体的结构示意图，图11是图10的A-A剖视图，图12是聚磁体3是X向与Y向横截面为梯形的聚磁体和辅助永磁体2的横截面为梯形与矩形组成的复合形永磁体的结构示意图，图13是图12的B-B剖视图；图14和图15是高精度无槽永磁电机是圆筒型永磁旋转电机时的结构示意图，图14是外转子圆筒型永磁旋转电机的结构示意图，图15是内转子圆筒型永磁旋转电机的结构示意图，图16是传统的双边无铁心结构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：结合图1说明本实施方式，本实施方式的高精度无槽永磁电机是平板型永磁直线电机，它包括初级和次级；次级为双边次级，初级采用无铁心结构或有铁心无槽结构，初级位于双边次级的内侧，初级与双边次级之间具有气隙；次级由主永磁体1、辅助永磁体2、聚磁体3和轭板4组成，主永磁体1为平板形永磁体，所述的平板形永磁体为平行充磁，辅助永磁体2为横截面为梯形与矩形或矩形与矩形组成的T形永磁体，所述的T形永磁体为平行充磁，聚磁体3为横截面为梯形或矩形聚磁体，沿运动方向，主永磁体1与辅助永磁体2依次间隔排列固定在平板形的导磁轭板4内侧面上，并且所述的辅助永磁体2的T形永磁体的小端面固定在导磁轭板4上，聚磁体3固定在主永磁体1与辅助永磁体2所形成的槽中，并且主永磁体1、辅助永磁体2和聚磁体3之间紧密配合，所述的辅助永磁体2的内侧面和聚磁体3的内侧面处于同一平面，每相邻两个主永磁体1的充磁方向相反，每相邻两个辅助永磁体2的充磁方向相反，主永磁体1的充磁方向垂直于电机运动方向，辅助永磁体2的充磁方向平行于电机运动方向，即主永磁体1的充磁方向垂直于辅助永磁体2的充磁方向，双边次级对应的主永磁体1的充磁方向相同，双边次级对应的辅助永磁体2的充磁方向相反；聚磁体3的内侧面宽度A小于等于导磁轭板4的厚度B，聚磁体3的外侧面宽度E小于主永磁体1的运动方向宽度C，导磁轭板4的厚度B小于主永磁体1的运动方向宽度C，辅助永磁体2的内侧面宽度D大于导磁轭板4的厚度B。
具体实施方式二：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的高精度无槽永磁电机是圆筒型永磁直线电机，它包括初级和次级；初级采用无铁心结构或有铁心无槽结构，初级位于次级的外侧，初级与次级之间具有气隙；次级由主永磁体1、辅助永磁体2、聚磁体3和导磁轭筒5组成，主永磁体1为轴向横截面为矩形的环形永磁体，所述的环形永磁体为径向充磁或径向平行充磁，辅助永磁体2为轴向横截面为梯形与矩形或矩形与矩形组成的环状T形永磁体，所述的环状T形永磁体为轴向充磁；聚磁体3为轴向横截面为梯形或矩形的环形聚磁体，沿轴向，主永磁体1与辅助永磁体2依次间隔排列固定在圆筒形的导磁轭筒5外侧面上，并且所述的辅助永磁体2的环状T形永磁体的小环面固定在导磁轭板4上，聚磁体3固定在主永磁体1与辅助永磁体2所形成的环形槽中，并且主永磁体1、辅助永磁体2和聚磁体3之间紧密配合，所述的辅助永磁体2的外侧面和聚磁体3的外侧面处于同一环形面，每相邻两主永磁体1的充磁方向相反，每相邻两辅助永磁体2的充磁方向相反，聚磁体3的外侧面宽度A小于等于导磁轭筒5的侧面径向厚度B，聚磁体3的内侧面宽度E小于主永磁体1的轴向宽度C，辅助永磁体2的外侧面宽度D大于导磁轭筒5的侧面径向厚度B。
具体实施方式三：结合图4至图13说明本实施方式，本实施方式高精度无槽永磁电机是平面永磁电机，它包括初级和次级；次级为阵列式次级，初级采用无铁心结构或有铁心无槽结构，初级位于次级的一侧，初级与次级之间具有气隙；次级由主永磁体1、辅助永磁体2、聚磁体3和轭板4组成，主永磁体1为平板形永磁体11，所述的平板形永磁体11为平行Z向充磁，辅助永磁体2为横截面为梯形与矩形或矩形与矩形组成的复合形永磁体，所述的复合形永磁体为X向或Y向平行充磁；聚磁体3为X向与Y向横截面为梯形或矩形、Z向横截面为正方形的聚磁体，在导磁轭板4上，主永磁体1与辅助永磁体2依次沿X向或Y向间隔排列固定在轭板4上表面上，并且辅助永磁体2的底面对角线两端分别设有一个矩形凹槽，所述的两个矩形凹槽内分别嵌放有两个相邻的主永磁体1的一角，每块主永磁体1的四个角分别嵌放在与其相邻的四块辅助永磁体2的矩形凹槽中，并且主永磁体1、辅助永磁体2和聚磁体3之间紧密配合，每相邻两个主永磁体1的充磁方向相反，每相邻两个辅助永磁体2的充磁方向成90°角，包围同一块主永磁体1的四块辅助永磁体2的充磁方向同时向外或向内，辅助永磁体2的气隙侧的表面为矩形，所述的矩形长边的长度等于聚磁体3气隙侧的表面正方形边长的2倍，辅助永磁体2的充磁方向平行于短边方向，聚磁体3的气隙侧的表面X向与Y向宽度A小于等于导磁轭板4的厚度B，聚磁体3的相对于气隙侧的表面X向与Y向宽度E小于主永磁体1的X向与Y向宽度C，辅助永磁体2的气隙侧的表面充磁方向宽度D大于导磁轭板4的厚度B。
具体实施方式四：结合图14和图15说明本实施方式，本实施方式高精度无槽永磁电机是圆筒型永磁旋转电机，电机包括定子和转子；定子采用无铁心结构或有铁心无槽结构，转子位于定子的外侧或内侧，定子与转子之间具有气隙；转子由主永磁体1、辅助永磁体2、聚磁体3和导磁轭筒5组成，主永磁体1为轴向横截面为扇形的永磁体，所述的永磁体为径向充磁或径向平行充磁，辅助永磁体2为轴向横截面为两个扇形径向组成的T形永磁体，所述的T形永磁体为切向充磁；聚磁体3为轴向横截面扇形的聚磁体，沿圆周方向，主永磁体1与辅助永磁体2依次间隔排列固定在圆筒形的导磁轭筒5内侧面或外侧面上，聚磁体3固定在主永磁体1与辅助永磁体2所形成的槽中，并且主永磁体1、辅助永磁体2和聚磁体3之间紧密配合，所述的辅助永磁体2的外侧面或内侧面和聚磁体3的外侧面或内侧面处于同一环形面，每相邻两个主永磁体1的充磁方向相反，每相邻两个辅助永磁体2的充磁方向相反；聚磁体3的周向角α小于主永磁体1的周向角β。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同点在于在转子气隙侧安装有高强度护套，以保护辅助永磁体与聚磁体，防止其脱落。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五任意一个具体实施方式不同点在于聚磁体3为高饱和磁密材料。其它组成和连接方式与具体实施方式一至五任意一个具体实施方式相同。
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 (4)
1.高精度无槽永磁电机，它是圆筒型永磁直线电机，它包括初级和次级；初级采用无铁心结构或有铁心无槽结构，初级位于次级的外侧，初级与次级之间具有气隙；其特征在于次级由主永磁体(1)、辅助永磁体(2)、聚磁体(3)和导磁轭筒(5)组成，主永磁体(1)为轴向横截面为矩形的环形永磁体，所述的环形永磁体为径向充磁或径向平行充磁，辅助永磁体(2)为轴向横截面为梯形与矩形或矩形与矩形组成的环状T形永磁体，所述的环状T形永磁体为轴向充磁；聚磁体(3)为轴向横截面为梯形或矩形的环形聚磁体，沿轴向，主永磁体(1)与辅助永磁体(2)依次间隔排列固定在圆筒形的导磁轭筒(5)外侧面上，并且所述的辅助永磁体(2)的环状T形永磁体的小环面固定在导磁轭筒(5)上，聚磁体(3)固定在主永磁体(1)与辅助永磁体(2)所形成的环形槽中，并且主永磁体(1)、辅助永磁体(2)和聚磁体(3)之间紧密配合，所述的辅助永磁体(2)的外侧面和聚磁体(3)的外侧面处于同一环形面，每相邻两主永磁体(1)的充磁方向相反，每相邻两辅助永磁体(2)的充磁方向相反，聚磁体(3)的外侧面轴向宽度(A)小于等于导磁轭筒(5)的侧面径向厚度(B)，聚磁体(3)的内侧面轴向宽度(E)小于主永磁体(1)的轴向宽度(C)，辅助永磁体(2)的外侧面轴向宽度(D)大于导磁轭筒(5)的侧面径向厚度(B)。
2.根据权利要求1所述的高精度无槽永磁电机，其特征在于聚磁体(3)为高饱和磁密材料。
3.高精度无槽永磁电机，它是平面永磁电机，它包括初级和次级；次级为阵列式次级，初级采用无铁心结构或有铁心无槽结构，初级位于次级的一侧，初级与次级之间具有气隙；其特征在于次级由主永磁体(1)、辅助永磁体(2)、聚磁体(3)和导磁轭板(4)组成，主永磁体(1)为平板形永磁体(11)，所述的平板形永磁体(11)为平行Z向充磁，辅助永磁体(2)为X向与Y向横截面为梯形与矩形或矩形与矩形组成的复合形永磁体，所述的复合形永磁体为X向或Y向平行充磁；聚磁体(3)为X向与Y向横截面为梯形或矩形、Z向横截面为正方形的聚磁体，在导磁轭板(4)上，主永磁体(1)与辅助永磁体(2)依次沿X向或Y向间隔排列固定在导磁轭板(4)上表面上，并且辅助永磁体(2)的底面对角线两端分别设有一个矩形凹槽，所述的两个矩形凹槽内分别嵌放有两个相邻的主永磁体(1)的一角，每块主永磁体(1)的四个角分别嵌放在与其相邻的四块辅助永磁体(2)的矩形凹槽中，并且主永磁体(1)、辅助永磁体(2)和聚磁体(3)之间紧密配合，每相邻两个主永磁体(1)的充磁方向相反，每相邻两个辅助永磁体(2)的充磁方向成90°角，包围同一块主永磁体(1)的四块辅助永磁体(2)的充磁方向同时向外或向内，辅助永磁体(2)的气隙侧的表面为矩形，所述的辅助永磁体(2)的气隙侧的表面的矩形长边的长度等于聚磁体(3)气隙侧的表面正方形边长的2倍，辅助永磁体(2)的充磁方向平行于短边方向，聚磁体(3)的气隙侧的表面X向与Y向宽度(A)小于等于导磁轭板(4)的厚度(B)，聚磁体(3)的相对于气隙侧的表面X向与Y向宽度(E)小于主永磁体(1)的X向与Y向宽度(C)，辅助永磁体(2)的气隙侧的表面充磁方向宽度(D)大于导磁轭板(4)的厚度(B)。
4.根据权利要求3所述的高精度无槽永磁电机，其特征在于聚磁体(3)为高饱和磁密材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130327 |