CN103490574B - 磁路串联型双定子圆筒型直线电机 - Google Patents

磁路串联型双定子圆筒型直线电机 Download PDF

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本发明公开一种磁路串联型双定子圆筒型直线电机，包括凸极结构的内定子环、外定子环，内、外定子环之间有动子环，内、外定子环均由初级铁芯、电枢绕组和永磁体组成，初级铁芯由多个结构相同的沿轴向布置的E字形铁芯组成，在相邻两个E字形铁芯中间固定嵌有永磁体,E字形铁芯正中间的齿是容错齿；所有永磁体均沿轴向励磁，相邻的两个永磁体的励磁方向相反，内定子环上各个永磁体沿轴向自左向右的极性与外定子环上各个永磁体沿轴向自左向右的极性相反；每个E字形铁芯的每个槽中均嵌有圆饼状的电枢绕组，电枢绕组串联形成A相和B相；本发明空间利用率高，永磁电机力能指标高、体积小、重量轻。

Description

磁路串联型双定子圆筒型直线电机
技术领域
本发明涉及电机领域，具体涉及一种双定子圆筒型直线电机结构。
背景技术
双定子圆筒型直线电机比普通圆筒型直线电机产生的推力大。目前已有的双定子圆筒型直线电机主要有两种：一种为双定子圆筒型直线感应电机，其初级的内外定子分别位于动子内外侧，定子和动子均由铁心构成，两个定子上均绕有绕组，相比于永磁电机而言，感应电机功率密度较小。另一种是横向磁通的双定子圆筒型直线振荡电机，其两个定子铁心环并排套于动子铁心的外面，其双定子结构采用的是并行式结构。
中国专利申请号为201210181050.5、名称为“定位力互补式双定子圆筒型直线电机”，将同心式的双定子结构应用于圆筒型永磁直线电机中，将两个定子环分别置于动子环内侧和外侧，内定子环上永磁体产生的磁路经过动子环内部气隙、动子环内侧面齿、动子轭部，再从动子内侧面齿穿出经过动子环内部气隙回到内定子，从而形成动子内部磁路；外定子环上永磁体产生的磁路经过动子环外部气隙、动子环外侧面齿、动子轭部，再从动子外侧面齿穿出经过动子环外部气隙回到外定子环，从而形成动子外部磁路；动子环内部和外部磁路呈并联的形式，这种双定子的电机结构将其中一个定子置于动子环中空的部分，充分利用了动子中空部分体积，有利于提高推力密度，然而由于动子环内部磁路和外部磁路呈并联的形式，相互独立，都是经过动子环轭部形成磁回路，使得动子环轭部必不可少，而且要有足够的体积空间给两个磁路提供磁通路径，所以，这种磁路并联型的双定子结构使得电机径向空间利用率不高，径向空间较大。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有的磁路呈并联形式的双定子圆筒型直线电机的缺点，提出一种磁路串联型双定子圆筒型直线电机，减小电机的径向空间尺寸，提高电机径向空间利用率。
本发明采用的技术方案是：包括凸极结构的内定子环、外定子环，内、外定子环之间有动子环，内定子环由第一初级铁芯、第一电枢绕组和第一永磁体组成，第一初级铁芯由多个结构相同的沿轴向布置的第一E字形铁芯组成，在相邻两个第一E字形铁芯中间固定嵌有第一永磁体，第一E字形铁芯正中间的齿是第一容错齿；外定子环由第二初级铁芯、第二电枢绕组和第二永磁体组成，第二初级铁芯由多个结构相同的沿轴向布置的第二E字形铁芯组成，在相邻两个第二E字形铁芯中间固定嵌第二永磁体，第二E字形铁芯正中间的齿是第二容错齿；所有永磁体均沿轴向励磁，相邻的两个永磁体的励磁方向相反，各个第一永磁体沿轴向自左向右的极性与各个第二永磁体沿轴向自左向右的极性相反；每个第一E字形铁芯的每个槽中均嵌有圆饼状的第一电枢绕组，每个第二E字形铁芯的每个槽中均嵌有圆饼状的第二电枢绕组，第一、第二电枢绕组串联形成A相和B相。
本发明采用上述方案后具有的有益效果是：
1、本发明将同心式的双定子结构应用于圆筒型永磁直线电机，空间利用率高，永磁电机力能指标高、体积小、重量轻。直线电机驱动避免了旋转电机驱动过程中传动部件的磨损问题，延长了部件的使用寿命，适用于需要高可靠性的场合。
2、低速的往复运动，同时又能产生较大的输出力，适合于低速、大力矩要求的场合。
3、双定子的结构使得动子中空部分空间得以充分利用，相比于单定子电机有利于提高功率密度。
4、动子内部和外部磁路成串联的形式，省去了位于两个定子中间的动子轭部，从而缩小了电机径向的长度，达到减小体积的目的，有利于提高推力密度。
5、永磁体和绕组均置于定子上，动子无永磁体无绕组，结构简单，可靠性强。
6、定子环上引入容错齿，使得相与相之间的磁路相互独立，当某相绕组发生故障时对其他相绕组影响甚小，提高了电机的可靠性和带故障运行的能力，且相与相之间物理隔离，磁路解耦。
附图说明
图1是本发明所述磁路串联型双定子圆筒型直线电机主视结构的半剖视图；
图1中：1.内定子环；2.外定子环；3.动子环；4-1.内定子环中永磁体；4-2.外定子环中永磁体；5-1.内定子槽中电枢绕组；5-2.外定子槽中电枢绕组；6.动子导磁环；7-1.内定子环上容错齿；7-2.外定子环上容错齿；8-1.内定子环上E字形铁芯；8-2.外定子环上E字形铁芯；9.初级铁芯；
图2是本发明所述磁路串联型双定子圆筒型直线电机的空载磁场分布图。
图3是本发明所述磁路串联型双定子圆筒型直线电机的两相反电势的波形图；
图4是本发明所述磁路串联型双定子圆筒型直线电机的自感和互感图；
图5是本发明所述磁路串联型双定子圆筒型直线电机的定位力的波形图；
图6是本发明所述磁路串联型双定子圆筒型直线电机通入幅值为2A的正弦电流后所产生的推力波形图。
具体实施方式
以一台两相的磁路串联型双定子永磁直线电机为例，参见图1。本发明包括凸极结构的内定子环1、凸极结构的外定子环2和置于内、外定子环1、2之间的动子环3，内定子环1由初级铁芯9-1、电枢绕组5-1和永磁体4-1组成，外定子环2由初级铁芯9-2、电枢绕组5-2和永磁体4-2组成，动子环3由多个沿轴向分开独立布置的导磁环6构成，导磁环6由软磁材料如坡莫合金制作而成。
初级铁芯9-1由多个结构相同的沿轴向布置的E字形铁芯8-1组成，在相邻两个E字形铁芯8-1中间固定嵌永磁体4-1，E字形铁芯8-1正中间的齿是容错齿7-1。构成初级铁芯9-1的E字形铁芯8-1的个数可根据电机相数、电机长度、性能要求等综合条件而定。初级铁芯9-2由多个结构相同的沿轴向布置的E字形铁芯8-2组成，在相邻两个E字形铁芯8-2中间固定嵌永磁体4-2，E字形铁芯8-2正中间的齿是容错齿7-2。
永磁体沿轴向励磁，磁化方向为轴向方向，即沿动子运动的方向，圆筒中心轴的方向励磁，相邻的两个永磁体的励磁方向相反，轴向相邻的两个永磁体按照极性为N、S、S、N两两相对分布。其中内定子环1中的各个永磁体4-1的极性沿轴向自左向右依次为N、S、S、N，N、S、S、N……，而外定子环2中各个永磁体4-2的极性沿轴向依次自左向右的极性与永磁体4-1的极性相反，为S、N，N、S、S、N、N、S……。
内定子环1的每个E字形铁芯8-1的每个槽中均嵌有圆饼状的电枢绕组5-1，外定子环2的每个E字形铁芯8-2的每个槽中均嵌有圆饼状的电枢绕组5-2。如图1中标注字母A的各个槽中的电枢绕组5-1、5-2串联形成A相，标注字母B的各个槽中的电枢绕组5-1、5-2串联形成B相，A、B两相绕组采用独立的H桥控制，构成两相电机。
初级铁芯9-1和初级铁芯9-2均由磁导率高而电导率低的坡莫合金制成，所有的导磁环6一起采用环氧树脂浇灌成一个整体动子环3。
参见图2，图2示出了本发明的空载磁场分布图，由图2中可以看出，动子环3内外侧的磁场经过中间动子铁块串联起来，形成的有效磁场不经过动子轭部，所以，动子轭部可省去，这样有效的减小了电机轴向空间，缩小了电机尺寸，提高了推力密度。
参见图3，图3示出了本发明的两相反电势图，由图3可以看出，两相反电势成正弦规律变化。
参见图4，图4示出了本发明的自感和互感，由图4可以看出，相与相之间的互感相比于自感可忽略不计，说明本发明中容错齿的引入能有效地减小了相与相之间的磁路耦合。
参见图5，图5示出了本发明的定位力波形图，从图5可以看出，本发明的定位力幅值较小。
参见图6，图6示出了通入幅值为2A的正弦电流后所产生的推力波形图。从图6可以看出，本发明产生的推力幅值较大，适合于低速大推力的应用场合。

Claims (4)

1.一种磁路串联型双定子圆筒型直线电机，包括凸极结构的内、外定子环（1、2），内、外定子环（1、2）之间有动子环（3），其特征是：内定子环（1）由第一初级铁芯（9-1）、第一电枢绕组（5-1）和第一永磁体（4-1）组成，第一初级铁芯（9-1）由多个结构相同的沿轴向布置的第一E字形铁芯（8-1）组成，在相邻两个第一E字形铁芯（8-1）中间固定嵌有第一永磁体（4-1），第一E字形铁芯（8-1）正中间的齿是第一容错齿（7-1）；外定子环（2）由第二初级铁芯（9-2）、第二电枢绕组（5-2）和第二永磁体（4-2）组成，第二初级铁芯（9-2）由多个结构相同的沿轴向布置的第二E字形铁芯（8-2）组成，在相邻两个第二E字形铁芯（8-2）中间固定嵌第二永磁体（4-2），第二E字形铁芯（8-2）正中间的齿是第二容错齿（7-2）；所有永磁体均沿轴向励磁，相邻的两个永磁体的励磁方向相反，各个第一永磁体（4-1）沿轴向自左向右的极性与各个第二永磁体（4-2）沿轴向自左向右的极性相反；每个第一E字形铁芯（8-1）的每个槽中均嵌有圆饼状的第一电枢绕组（5-1），每个第二E字形铁芯（8-2）的每个槽中均嵌有圆饼状的第二电枢绕组（5-2），第一、第二电枢绕组（5-1、5-2）串联形成A相和B相。
2.根据权利要求1所述一种磁路串联型双定子圆筒型直线电机，其特征是：动子环（3）由多个沿轴向分开独立布置的导磁环（6）构成。
3.根据权利要求2所述一种磁路串联型双定子圆筒型直线电机，其特征是：所有的导磁环（6）采用环氧树脂浇灌成动子环（3）。
4.根据权利要求1所述一种磁路串联型双定子圆筒型直线电机，其特征是：第一、第二初级铁芯（9-1、9-2）均由坡莫合金制成。
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