CN104201859B - 一种不对称双边型混合励磁直线同步电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不对称双边型混合励磁直线同步电动机，包括长定子和短动子；短动子包括设于移动平台上且分别位于长定子两侧的电枢和磁极，电枢的齿部以及磁极的凸极均朝向长定子且与长定子保有一定的气隙，且磁极极数与电枢齿数相同或为2倍；电枢包括电枢铁芯以及套设于电枢齿上的电枢绕组，磁极包括磁极铁芯以及套设于凸极上的励磁绕组；长定子由多个调磁铁块呈直线排列组成；电枢齿数与调磁铁块的个数相差1～2个。本发明电机把电枢与磁极分别作为短动子的一侧，既实现了磁通切换式结构的优点，也有效避免了磁极散热困难，磁路与电路相互竞争的缺点；不仅大大减小了磁极(电枢)的长度，提高了磁场调节能力，还降低了系统成本。

Description

一种不对称双边型混合励磁直线同步电动机

技术领域

本发明属于同步电机技术领域，具体涉及一种不对称双边型混合励磁直线同步电动机。

背景技术

永磁直线同步电动机兼具永磁电机和直线电机的优势，将电能直接转换成直线运动机械能，不需要中间连动部分，不受离心力影响，具有结构简单、重量轻、体积小、高速高精度、高效率、大推力等显著优点，在高速数控机床、半导体加工、垂直升降输送系统，高速地面运输系统等领域得到广泛应用。双边型结构永磁直线同步电动机可以看成两个单边型结构永磁直线同步电动机背靠背而成，其推力是单边型结构的一倍，而体积重量相对于两个单边的永磁直线同步电机可明显减少，并且基本不存在法向吸力；一种典型的双边型永磁直线同步电机结构如图1所示。

永磁直线同步电动机的工作原理如下所述：当电枢绕组通入交流电时，便在气隙中产生电枢磁场。同时，磁极永磁体产生励磁磁场。所述电枢磁场与永磁体励磁磁场合成构成气隙磁场。起动时拖动磁极或电枢，电枢行波磁场和永磁体励磁磁场相对静止，从而电枢绕组中的电流在所述气隙磁场的作用下产生电磁推力。如果电枢固定，则磁极在推力作用下牵入同步做直线运动；反之，则电枢牵入同步做直线运动。

永磁直线同步电动机推广应用的制约在于成本，因为不管是采用长电枢，还是长磁极的结构，整体成本都很高。为了降低成本，现有办法是采用开关磁链永磁直线同步电机，把永磁体放置在电枢上，其永磁体用量较小，电枢长度也不长，成本大大降低，但也带来新的问题：(1)永磁体被线圈包围，散热条件太差；(2)槽面积与永磁体互相制约，推力密度受到了限制；(3)电枢由多个分立部件构成，加工较困难；(4)气隙磁场调节困难，弱磁扩速范围受到了限制。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种不对称双边型混合励磁直线同步电动机，既能够使磁极与电枢都在动子，也能够相互独立，降低系统成本，增强磁场调节功能。

一种不对称双边型混合励磁直线同步电动机，包括长定子和短动子；

所述的短动子包括设于移动平台上且分别位于长定子两侧的电枢和磁极，所述的电枢为齿状结构，所述的磁极为凸极式结构，电枢的齿部以及磁极的凸极均朝向长定子且与长定子保有一定的气隙；

所述的电枢包括电枢铁芯以及套设于电枢齿上的电枢绕组，所述的磁极包括磁极铁芯以及套设于凸极上的励磁绕组；

所述的长定子由多个调磁铁块呈直线排列组成；所述的电枢齿数与调磁铁块的个数相差1～2个。

每个凸极的端部均设有永磁体，从而构成混合励磁结构；去掉永磁体，则形成电励结构。

所述的励磁绕组采用双层结构即每个凸极上均设有励磁绕组和永磁体，或励磁绕组采用单层结构即对于任意相邻两个凸极，一个凸极上设有励磁绕组和永磁体，另一个凸极上只设有永磁体。

所述的磁极极数等于电枢齿数，则每个凸极的中心线与对应电枢齿的中心线对齐或每个凸极的中心线与对应电枢槽的中心线对齐。

所述的磁极极数为电枢齿数的两倍，则每个电枢齿或电枢槽的中心线与对应凸极的中心线对齐，或每个电枢齿的中心线与对应两个凸极间的中心线对齐。

所述的长定子采用分离结构即相邻两个调磁铁块间通过注入非导磁材料填充以实现固定。

优选地，所述的长定子采用连续结构即调磁铁块通过长螺栓固定，可简化加工安装的工艺。

所述的电枢绕组采用端部非重叠的全齿绕组结构或半齿绕组结构，即每个电枢槽的线圈数为1～2个。

本发明电机的短动子为双边不对称结构，一边是电枢，另一边是磁极，两者都固定于移动平台上，可驱动移动平台实现直线运动，但两者又相互独立，分别处于动子的不同边，既实现了磁通切换式结构的优点，也有效避免了磁极散热困难，磁路与电路相互竞争的缺点；故本发明相对现有技术的有益技术效果如下：

(1)本发明不对称双边型混合励磁直线同步电机把电枢与磁极分别作为短动子的一侧，不仅大大减小了磁极(电枢)的长度，而且不影响磁极的散热条件，磁场调节能力也大大提高，适用于工业、民用、医药等需要长行程宽速大推力的应用场合，如数控机床、长距离物流输送线等。

(2)本发明长定子仅由调磁铁块组成，成本低，易于实现模块化。

(3)本发明电枢与磁极结构与普通永磁直线电机相同，加工方便，成本低。

附图说明

图1为现有常见双边型永磁直线同步电动机的结构示意图。

图2为本发明电机的第一种实施结构示意图。

图3为本发明电机的第二种实施结构示意图。

图4为本发明电机的第三种实施结构示意图。

图5为本发明电机的第四种实施结构示意图。

图6为本发明电机的第五种实施结构示意图。

图7为本发明电机的第六种实施结构示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例一：

如图2所示，本实施例的不对称双边型混合励磁直线同步电机，包括长定子1和短动子2，短动子2包括电枢21、磁极22与移动平台23，电枢21包括电枢绕组211和电枢铁芯212，磁极22包括励磁绕组221、磁极铁芯222和永磁体223，电枢21与磁极22都由安装螺栓24固定在移动平台23上，两者相对静止，且都与长定子1保持一定的气隙长度。短动子磁极极数与电枢齿数相同，其数值与长定子调磁铁块数相差1或相差2。

长定子1由多个调磁铁块11组成，放置在整个行程上，调磁铁块中间部分充入非导磁填充材料12进行固定。

本实施例采用短动子的形式，短动子上的励磁磁链，通过长定子后，进入电枢中，与电枢绕组相交链，显然在短动子与长定子相对位置不同时，电枢绕组中交链的磁链在发生变化，在电枢绕组中产生接近正弦的反电动势，因此在电枢绕组中通入三相正弦电压后，就会产生相应的三相正弦电流，从而产生电磁推力，推力动子实现直线运动。

本实施例中不对称双边型混合励磁直线同步电机的工作原理：当短动子中电枢齿与长定子调磁铁块对齐，励磁磁链经调磁铁块短路，电枢绕组磁链为零；随着动子移动，其磁链增大，当电枢齿中间位置与调磁铁块边沿对齐时，励磁磁链经过调磁铁块全部进入电枢，与电枢绕组交链，达到最大值；动子继续移动，磁链开始减小，当电枢齿完全移出长定子调磁铁块时，电枢齿正好处于两个调磁铁块之间，励磁磁链由这两块调磁铁块短路，电枢交链磁链达到最小值；再随着动子移动，磁链反方向增加，当移动再与电枢齿对齐时，正好是相反磁性相反的永磁体，励磁磁链达到最小值，显然磁链是正负交变的，基本为正弦型，是双极性磁链。

在短动子中电枢齿与励磁磁极对齐，励磁磁极与永磁体磁极构成串联磁路，当电励磁场与永磁体磁场相加时，处于增磁状态，相反情况下则处于弱磁工作状态，在增磁条件下，电励磁场与永磁磁场两者相加；而在弱磁条件下，永磁磁场与电励磁场相差，两者的比例根据具体应用情况而定。

实施例二：

图3所示了实施例一的一种变形结构，与图2不同之处在于磁极位置与电枢的相对位置，在本实施结构中磁极位置与电枢槽对齐。

实施例三：

图4所示了实施例一的另一种变形结构，与图2不同之处在于励磁绕组采用了单层结构，一半磁极上包含永磁体与励磁绕组，另一半磁极上仅有永磁体，两者交替排列。

实施例四：

如图5所示，本实施结构与实施例一基本相同，其主要不同点为：在磁极中没有放置永磁体223，构成了电励结构，工作原理与实施例一相同，其磁极磁场仅由励磁磁铁产生。图中显示的位置是磁极极间中心线与电枢齿对齐，但也可是磁极中心线与电枢齿对齐，形成新的结构。

实施例五：

如图6所示，本实施结构中磁极极数是实施例一的2倍，既每个电枢齿下对应有两个励磁磁极，因此总的磁极极数是电枢齿数的2倍，图中显示的是电励结构，但也可以采用混合励磁结构。励磁绕组也可采用单层绕组时，有的磁极既包含永磁体，也包含电励磁绕组，有的磁极仅有永磁体，两者交替排列。

实施例六：

本实施例中，图7所示了长定子调磁铁块的另一种结构，即采用了连续结构，再由在调磁铁块中采用长螺栓13来进行确定固定，优点是简化加工工艺，缺点是降低了推力密度，同样适用于实施例一与实施例四。

以上所述仅为本发明的部分实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种不对称双边型混合励磁直线同步电动机，包括长定子和短动子；其特征在于：

所述的短动子包括设于移动平台上且分别位于长定子两侧的电枢和磁极，所述的电枢为齿状结构，所述的磁极为凸极式结构，电枢的齿部以及磁极的凸极均朝向长定子且与长定子保有一定的气隙；

所述的电枢包括电枢铁芯以及套设于电枢齿上的电枢绕组，所述的磁极包括磁极铁芯以及套设于凸极上的励磁绕组；

所述的长定子由多个调磁铁块呈直线排列组成；所述的电枢齿数与调磁铁块的个数相差1～2个；

所述的磁极极数等于电枢齿数或为电枢齿数的两倍；

若磁极极数等于电枢齿数，则每个凸极的中心线与对应电枢齿的中心线对齐或每个凸极的中心线与对应电枢槽的中心线对齐；

若磁极极数为电枢齿数的两倍，则每个电枢齿或电枢槽的中心线与对应凸极的中心线对齐，或每个电枢齿的中心线与对应两个凸极间的中心线对齐。

2.根据权利要求1所述的不对称双边型混合励磁直线同步电动机，其特征在于：每个凸极的端部均设有永磁体，从而构成混合励磁结构。

3.根据权利要求2所述的不对称双边型混合励磁直线同步电动机，其特征在于：所述的励磁绕组采用双层结构即每个凸极上均设有励磁绕组和永磁体。

4.根据权利要求2所述的不对称双边型混合励磁直线同步电动机，其特征在于：所述的励磁绕组采用单层结构即对于任意相邻两个凸极，一个凸极上设有励磁绕组和永磁体，另一个凸极上只设有永磁体。

5.根据权利要求1所述的不对称双边型混合励磁直线同步电动机，其特征在于：所述的长定子采用分离结构即相邻两个调磁铁块间通过注入非导磁材料填充以实现固定。

6.根据权利要求1所述的不对称双边型混合励磁直线同步电动机，其特征在于：所述的长定子采用连续结构即调磁铁块通过长螺栓固定。

7.根据权利要求1所述的不对称双边型混合励磁直线同步电动机，其特征在于：所述的电枢绕组采用端部非重叠的全齿绕组结构或半齿绕组结构，即每个电枢槽内的线圈数为1～2个。