CN102255470A - 低推力波动直线永磁同步电机 - Google Patents

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低推力波动直线永磁同步电机，属于电机技术领域。本发明解决了现有的低推力直线电机存在的波动问题。本发明所述的低推力波动直线永磁同步电机中还包括两个初级永磁体，该两个初级永磁体分别固定在电枢铁心的前后端。本发明通过在初级铁心端部附加永磁体，使初级永磁体产生的磁场与次级永磁体产生的磁场相互作用，达到电机前后端部作用力相互抵消的目的，从而消除了端部定位力，同时，还可以减小初级端部磁场与中间磁场的不平衡，减小了初级两端绕组产生的电动势与中间绕组产生的电动势的差，从而减小了电磁力波动。

Description

低推力波动直线永磁同步电机
技术领域
本发明是关于低推力波动直线永磁同步电机，属于电机领域。
背景技术
推力波动是直线电机振动与噪音产生的原因，特别是在低速运行时，还可能引起共振，从而恶化其伺服运行特性。
直线电机推力波动的产生有多种成因，其中包括由于端部效应和齿槽效应引起的推力波动，直线电机制造精度对直线电机推力输出的影响，以及相电流整流波形与线圈不匹配而引起直线电机的推力输出发生变化。
对于永磁直线电机，由于初级铁心纵向端部及定子永磁体的存在，即使在电机绕组在不通电的情况下，也存在着明显的纵向端部效应力，称为端部定位力Fend，它是引起推力特性波动的主要成分，如图12所示，在初级铁心2两个端部存在明显的端部效应。端部定位力Fend与初级铁心2几何尺寸和绕组结构、电机极距、永磁体极宽等诸多因素相关，是极距的周期函数，其幅值主要取决于极距与有效气隙的比值，与直线电机驱动电流无关。可以通过改变初级铁心的长度及端部形状，使得通过气隙进入绕组铁心的励磁磁通保持较好的一致性，从而使得端部定位力Fend降低。
永磁同步直线电机的初级铁心使用开槽硅钢叠片聚合磁路。导磁介质的不连续使电机的气隙磁场在空间上沿纵向分布不均匀，在不同的纵向位置上通过气隙进入电机初级铁心的磁通有所不同，从而产生齿槽定位力Fslot，并引起推力波动。Fslot与齿距密切相关，是齿距的周期函数，与直线电机驱动电流无关。理论上可以通过合理选择极槽配合、初级斜槽、次级永磁体斜极、优化永磁体宽度与齿槽形状等方法减小齿槽定位力Fslot。
上述每种方法都可在一定程度上显著地抑制推力波动。但是，即使同时采用上述方法，也不可能完全消除由于电机结构带来的推力波动，同时还可能增加加工成本及降低电机有效推力。
发明内容
为了解决现有的低推力直线电机存在的波动问题，本发明提出一种低推力波动直线永磁同步电机。
本发明所述的低推力波动直线永磁同步电机包括初级、次级和气隙，次级包括次级永磁体和磁轭，初级包括电枢铁心和电枢绕组，其特征在于，所述初级还包括两块初级永磁体；所述两块初级永磁体分别粘贴固定在电枢铁心的前后两端，每块初级永磁体所产生的磁场与其相对的次级永磁体阵列所产生的磁场相互作用，进而使初级的两端产生与运动方向平行的力，并且，位于两端的两块初级永磁体所产生的力的方向相对或者相背，并且相互抵消。
本发明所述的低推力波动直线永磁同步电机可以是圆筒形直线电机，还可以是平板形直线电机，所述平板形直线电机可以是单边结构或双边结构。
本发明通过在初级铁心端部附加永磁体，使初级永磁体产生的磁场与次级永磁体产生的磁场相互作用，达到电机前后端部作用力相互抵消的目的，从而消除了端部定位力，同时，还可以减小初级端部磁场与中间磁场的不平衡，减小了初级两端绕组产生的电动势与中间绕组产生的电动势的差，从而减小了电磁力波动。
附图说明
图1是具体实施方式二所述的一种单边平板结构的低推力波动直线永磁同步电机的结构示意图。图2是具体实施方式二所述的一种圆筒形结构的低推力波动直线永磁同步电机的轴向剖面图。图3是图2的侧视图。图4具体实施方式九所述的一种单边平板结构的低推力波动直线永磁同步电机的结构示意图。图5具体实施方式九所述的一种双边平板结构的低推力波动直线永磁同步电机的结构示意图。图6是具体实施方式九所述的一种圆筒形结构的的低推力波动直线永磁同步电机的结构示意图。图7是具体实施方式十所述的一种单边平板结构的低推力波动直线永磁同步电机的结构示意图。图8是具体实施方式五所述的一种单边结构的平板直线电机的的结构示意图。图9是具体实施方式四所述的一种单边平板结构的直线电机的结构示意图。图10是具体实施方式六所述的一种单边结构的电枢绕组粘贴固定在电枢铁心面向气隙侧的结构。图11是具体实施方式六所述的一种双边结构的电枢绕组粘贴固定在电枢铁心面向气隙侧的结构。图12是低推力直线永磁同步电机工作时的端部定位力Fend和齿槽定位力Fslot的方向示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、本实施方式所述的低推力波动直线永磁同步电机，包括初级、次级和气隙，次级包括次级永磁体4和磁轭5，初级包括电枢铁心2和电枢绕组3，其特征在于，所述初级还包括两块初级永磁体1；所述两块初级永磁体1分别粘贴固定在电枢铁心2的前后两端，每块初级永磁体1所产生的磁场与其相对的次级永磁体阵列所产生的磁场相互作用，进而使初级的两端产生与运动方向平行的力，并且，位于两端的两块初级永磁体1所产生的力的方向相对或者相背，并且相互抵消。
本实施方式中，在初级铁心的两端增加初级永磁体1，使初级铁心的两端有对电枢铁心吸引或者排斥的力，进而达到抑制初级铁心端部应力的效果，进而实现抑制电机推力波动的技术效果。
本实施方式中，所述的低推力波动直线永磁同步电机可以是圆筒形直线电机，还可以是平板形直线电机，所述平板形直线电机可以是单边结构或双边结构。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的低推力波动直线永磁同步电机的进一步限定，本实施方式中，所述两块初级永磁体1分别粘贴固定在电枢铁心2的前后两端的端面上，所述端面与电机动子的运动方向垂直。
本实施方式所述的初级永磁体1的安装位置，适用于电枢铁心的端部的平面垂直于动子运动方向的情况，即：电枢铁心的端面所在平面与动子运动方向垂直。
参见图1所示，该图所示的是一种平板结构的直线电机的结构示意图，该图所示的电机中，初级永磁体1为平板结构。
参见图2和图3所示，该图所示的是一种圆筒形结构的直线电机的结构示意图，该图所示的电机中，初级永磁体1为圆环形结构。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的低推力波动直线永磁同步电机的进一步限定，本实施方式中，所述两块初级永磁体1分别粘贴固定在电枢铁心2的前后两端的端面上，所述端面与电机动子的运动方向的夹角小于90°。
本实施方式所述的初级永磁体1的安装位置，适用于电枢铁心的端部的平面与动子运动方向不垂直的情况，即：电枢铁心2的端面为倾斜的平面或者弧面。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式三所述的低推力波动直线永磁同步电机的进一步限定，本实施方式中，电枢铁心2靠近气隙侧的长度小于远离气隙侧的长度，所述两块初级永磁体1分别粘贴固定在电枢铁心2的前后两端的端面上。
参见图9所示，该图所示的是本实施方式所述的一种单边平板结构的直线电机的结构示意图，该种结构中，初级永磁体1为平板形结构，并固定在电枢铁心2的端面上。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式三所述的低推力波动直线永磁同步电机的进一步限定，本实施方式中，电枢铁心2靠近气隙侧的长度大于远离气隙侧的长度，所述两块初级永磁体1分别粘贴固定在电枢铁心2的前后两端的气隙侧，并且每块初级永磁体1为嵌入电枢铁心2固定安装。
参见图8所示，是一种本实施方式所述的一种单边结构的平板直线电机的的结构示意图。
本实施方式所述的结构中，初级永磁体1嵌入电枢铁心2固定，以保证初级和次级之间的气隙均匀。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四或五所述的低推力波动直线永磁同步电机的进一步限定，本实施方式中的电枢绕组3嵌放在电枢铁心2的槽中或粘贴固定在电枢铁心2面向气隙侧。
本实施方式所述的电枢铁心2可以是有槽结构，参见图1-9所示，即：在所述电枢铁心2的气隙侧有电枢齿，电枢绕组3嵌放在电枢铁心2槽中。
本实施方式所述的电枢铁心2可以是无槽结构，参见图10、11所示，即：所述电枢铁心2没有电枢齿，电枢绕组3粘贴固定在电枢铁心2的气隙侧。
具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四或五所述的低推力波动直线永磁同步电机的进一步限定，本实施方式中，每块初级永磁体1的充磁方向与电机动子运动方向平行，或者所述充磁方向与运动方向垂直且指向次级，或者所述充磁方向介于上述平行与垂直之间。
本实施方式中，初级永磁体1的充磁方向与电机动子的运动方向的夹角θ的范围是0°≤θ≤90°，进而使得所述初级永磁体1能够与其相对的次级永磁体阵列之间产生沿运动方向的力。
具体实施方式八、本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四或五所述的低推力波动直线永磁同步电机的进一步限定，本实施方式中，次级是表面永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构。
具体实施方式九、本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四或五所述的低推力波动直线永磁同步电机的进一步限定，本实施方式中，初级还包括两块薄板6，所述两块薄板6分别位于电枢铁心2的两端，并且在电枢铁心2的一端，薄板6固定在电枢铁心2与初级永磁体1之间。
参见图4-6是三种是本实施方式所述的低推力波动直线永磁同步电机的结构示意图，其中，图4是本实施方式所述的一种单边平板结构的低推力波动直线永磁同步电机的结构示意图；图5是本实施方式所述的一种双边平板结构的低推力波动直线永磁同步电机的结构示意图；图6是本实施方式所述的一种圆筒形结构的的低推力波动直线永磁同步电机的结构示意图。
具体实施方式十、本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四或五所述的低推力波动直线永磁同步电机的进一步限定，本实施方式中，初级还包括两块薄板6，所述两块薄板6分别位于电枢铁心2的两端，并且在电枢铁心2的一端，初级永磁体1固定在薄板6和电枢铁心2之间。
图7是本实施方式所述的一种单边平板结构的低推力波动直线永磁同步电机的结构示意图。
参见图4所示是一种本实施方式所述的单边结构的平板电机的结构示意图，该种结构中，薄板6固定在电枢铁心2和初级永磁体1之间的结构。
参见图5所示，是初级永磁体1固定在电枢铁心2和薄板6之间的结构。
具体实施方式十一、本实施方式是对具体实施方式十所述的低推力波动直线永磁同步电机的进一步限定，本实施方式中，薄板6是铜板或铝板。
本发明不局限于上述各实施方式所述的具体结构，还可以是各实施方式所述的技术特征的合理组合。
本发明所述的电机结构，还适用于横向磁通直线电机和平面电机，在实际应用中，可以根据电机的具体结构，配置初级永磁体1的极性与数量。
在实际应用中，还可以采用多个本发明所述的电机并联或者串联组成电机组。

Claims (10)

1.低推力波动直线永磁同步电机，包括初级、次级和气隙，次级包括次级永磁体(4)和磁轭(5)，初级包括电枢铁心(2)和电枢绕组(3)，其特征在于，所述初级还包括两块初级永磁体(1)；所述两块初级永磁体(1)分别粘贴固定在电枢铁心(2)的前后两端，每块初级永磁体(1)所产生的磁场与其相对的次级永磁体阵列所产生的磁场相互作用，进而使初级的两端产生与运动方向平行的力，并且，位于两端的两块初级永磁体(1)所产生的力的方向相对或者相背，并且相互抵消。
2.根据权利要求1所述的低推力波动直线永磁同步电机，其特征在于，所述电机是圆筒形直线电机或者平板形直线电机，所述平板形直线电机是单边结构或双边结构。
3.根据权利要求1所述的低推力波动直线永磁同步电机，其特征在于，所述两块初级永磁体(1)分别粘贴固定在电枢铁心(2)的前后两端的端面上，所述端面与电机动子的运动方向垂直。
4.根据权利要求1所述的低推力波动直线永磁同步电机，其特征在于，电枢铁心靠近气隙侧的长度小于远离气隙侧的长度，所述两块初级永磁体(1)分别粘贴固定在电枢铁心(2)的前后两端的端面上。
5.根据权利要求1所述的低推力波动直线永磁同步电机，其特征在于，电枢铁心靠近气隙侧的长度大于远离气隙侧的长度，所述两块初级永磁体(1)分别粘贴固定在电枢铁心(2)的前后两端的气隙侧，并且每块初级永磁体(1)为嵌入电枢铁心固定安装。
6.根据权利要求1所述的低推力波动直线永磁同步电机，其特征在于，电枢绕组(3)嵌放在电枢铁心(2)的槽中或粘贴固定在电枢铁心(2)面向气隙侧。
7.根据权利要求1所述的低推力波动直线永磁同步电机，其特征在于，每块初级永磁体(1)的充磁方向与电机动子运动方向平行，或者所述充磁方向与运动方向垂直，或者所述充磁方向介于上述平行与垂直之间。
8.根据权利要求1所述的低推力波动直线永磁同步电机，其特征在于，次级是表面永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构。
9.根据权利要求1所述的低推力波动直线永磁同步电机，其特征在于，初级还包括两块薄板(6)，所述两块薄板(6)分别位于电枢铁心的两端，并且在电枢铁心的一端，薄板(6)固定在电枢铁心(2)与初级永磁体(1)之间，或者初级永磁体(1)固定在薄板(6)和电枢铁心(2)之间。
10.根据权利要求9所述的低推力波动直线永磁同步电机，其特征在于，所述薄板(6)是铜板或铝板。
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