CN104779769A - 一种动铁式永磁直线电机 - Google Patents

Abstract

一种动铁式永磁直线电机，属于直线电机技术领域。该直线电机含有初级绕组和次级永磁阵列，初级绕组缠绕在初级铁心上，构成A相、B相和C相绕组，次级永磁阵列安装于动子平台上；初级铁心与永磁体之间为气隙。次级永磁阵列由若干个永磁体组拼接而成，永磁体组由多个充磁方向不同的永磁体构成，各永磁体的充磁方向沿阵列方向呈类正弦变化，用于形成直线电机运动所需的正弦波磁场。本发明的永磁体阵列的磁路更合理，减少了漏磁，可增大电机推力和悬浮力，无需次级铁心，增大了强侧磁感应强度与动子自身重量的比值；同时永磁阵列可减弱阵列的端部效应，降低动铁式永磁直线电机的推力和悬浮力波动。

Description

一种动铁式永磁直线电机

技术领域

本发明涉及一种直线电机，特别涉及一种动铁式永磁直线电机技术领域。

背景技术

动铁式永磁直线电机可被广泛地应用在精密机械制造、航天、微电子等高定位精度需求的场合。为满足长行程运动需求，动铁式直线电机的动子永磁阵列沿运动方向长度小于定子线圈阵列长度，有限长永磁阵列的端部将产生磁场端部效应，进而影响电机的推力和悬浮力大小与周期。

中国专利文献(公开号为CN1885692A)公开的“内置式永磁直线电机”，在次级动子铁心内部安置Halbach永磁体，永磁体固定良好，对永磁体的机械强度要求相对较低，容易实现弱磁控制。其充磁方向为顺时针方向以90度间隔转动，使永磁体的一侧磁场加强，另外一侧磁场减弱，但这种永磁阵列漏磁明显，需要铁心作为磁轭来抑制弱侧的漏磁，同时端部磁场有明显畸变，端部效应难以忽略。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种动铁式永磁直线电机，其能产生较强的悬浮力和推进力，并具有较小的漏磁和端部效应，无需次级铁心。

本发明的技术方案如下：

本发明所述的一种动铁式永磁直线电机，含有初级绕组和次级永磁阵列，初级绕组缠绕在初级铁心上，构成A相、B相和C相绕组，次级永磁阵列安装于动子平台上，初级铁心与永磁体之间为气隙，其特征在于：所述次级永磁阵列由若干个永磁体组拼接而成，每个永磁体组包括n个充磁方向不同的永磁体，其中n大于等于2；永磁体组中各永磁体的充磁方向沿阵列方向呈类正弦变化，每个永磁体均为长方体，尺寸大小一致；所有永磁体沿x轴方向紧密排列，不同永磁体组中永磁体的数量一致；在空间直角坐标系O-xyz中，每块永磁体的三个方向的棱分别平行于x轴、y轴和z轴，以x轴正方向为基准，取顺时针方向为正，沿x轴正方向第i块永磁体的充磁方向与x轴正方向的夹角为θ_i，i＝1,2,……,n，夹角θ_i满足：当θ_i<90°时，θ_i＝-θ_n-i+1；当θ_i>90°时，θ_i-180°＝180°-θ_n-i+1；对于相邻两个所述永磁体组，其对应位置的永磁体的充磁方向相差180°。

优选的，所述的一种动铁式永磁直线电机的永磁体组中，每个永磁体的充磁方向均平行于xOz平面，夹角θ_i满足：-90°≤θ₁<0°且0°<θ_n≤90°，或90°≤θ₁<180°且180°<θ_n≤270°，θ_i随i的增大而增大。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：本发明的永磁阵列有利于将尽量多的磁感线聚集在有效磁通路径中，其能产生较强的悬浮力和推进力，并具有较小的漏磁和端部效应，有效提高了磁能利用率；无需次级铁心作为磁轭，有效减轻动子质量。

附图说明

图1是本发明动铁式永磁直线电机的结构示意图。

图2是永磁阵列的立体图。

图3是永磁阵列的主视图。

图4是图2和图3中永磁体组的磁感应强度分布图。

图中：1-动子平台；2-永磁体；3-初级绕组；4-初级铁心；5-气隙；6-次级永磁阵列；7-永磁体组。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明所述的一种动铁式永磁直线电机，含有初级绕组3和次级永磁阵列6，初级绕组3缠绕在初级铁心4上，按照A、B、C、A’、B’、C’顺序分布，其中线圈A和A’构成A相绕组，线圈B和B’构成B相绕组，线圈C和C’构成C相绕组。三相绕组采用铜材料制成，三相绕组中通以三相电流，时序相差120°，绕组通电时产生一个行波磁场。次级永磁阵列6安装于动子平台上1，动子平台1可采用非导磁材料，如铝合金，这样不仅能减轻动子质量，还有利于减少两端永磁体2侧面的漏磁。初级铁心与永磁体之间为气隙5。

所述次级永磁阵列6由若干个永磁体组7拼接而成，每个永磁体组包括n个充磁方向不同的永磁体2，其中n大于等于2；永磁体组中各永磁体的充磁方向沿阵列方向呈类正弦变化，每个永磁体2均为长方体，尺寸大小一致；所有永磁体2沿x轴方向紧密排列，不同永磁体组7中永磁体2的数量一致；在空间直角坐标系O-xyz中，每块永磁体2的三个方向的棱分别平行于x轴、y轴和z轴，以x轴正方向为基准，取顺时针方向为正，沿x轴正方向第i块永磁体2的充磁方向与x轴正方向的夹角为θ_i，i＝1,2,……,n，夹角θ_i满足：当θ_i<90°时，θ_i＝-θ_n-i+1；当θ_i>90°时，θ_i-180°＝180°-θ_n-i+1；对于相邻两个所述永磁体组7，其对应位置的永磁体2的充磁方向相差180°。所述的一种动铁式永磁直线电机的永磁体组7中，每个永磁体(2)的充磁方向均平行于xOz平面，夹角θ_i满足：-90°≤θ₁<0°且0°<θ_n≤90°，或90°≤θ₁<180°且180°<θ_n≤270°，θ_i随i的增大而增大。

图1～图3中的箭头表示永磁体的充磁方向。永磁体2可采用稀土永磁材料。所有永磁体2沿阵列方向紧密排列。在每个永磁体组7中，本实施例中，永磁体的个数为8个，沿x轴正方向第i块永磁体2的充磁方向与x轴正方向的夹角θ_i满足：-90°≤θ₁<0°且0°<θ₈≤90°，或90°≤θ₁<180°且180°<θ₈≤270°，θ_i随i的增大而增大，i＝1,2,……,8。经过这样的设计，在一个永磁体组7中，各充磁方向头尾依次连接，可以拟合出一条类正弦的曲线，该曲线从永磁体组7的一侧穿入和穿出，且具有方向变化缓慢的特征，只有很少的磁感线会进入另一侧的空间中。磁感线穿入和穿出永磁体组7的一侧为强磁场侧，另一侧为弱磁场侧。这样可将尽量多的磁场聚集在有效磁通路径中，减少了漏磁，提高了磁能利用率，并无需铁心作为磁轭。相比于Halbach永磁体，本发明的次级永磁阵列6的强侧磁场明显增强，弱侧磁场明显减弱，永磁阵列两端的端部效应减弱。对于相邻两个所述永磁体组7，永磁体组7中对应位置的永磁体2的充磁方向相差180°。这样设计是为了使相邻永磁体组7的磁场是互斥的，除了最外侧的两个永磁体组7，其它永磁体组7产生的磁场受到其两侧磁场的排斥挤压，被限制在其正下方的区域内，这样有利于增大电机推力和悬浮力。图4是图2和图3所示永磁体组的磁感应强度分布图，图中的箭头表示磁感应强度的方向。从图4中可以看出，该永磁体组7产生的磁场确实按照前述分析的，聚集在永磁体组7、初级绕组和两者之间的空隙中，永磁体组7上方几乎没有漏磁；该永磁体组7产生的磁场受到其两侧磁场的排斥挤压，被限制在其正下方的区域内。

励磁磁势是由次级永磁阵列6提供的，它在气隙5中产生一个正弦波磁场。初级绕组3中通以三相电流，产生行波磁场，产生促使次级运动的推力。在没有电枢电流的情况下，气隙磁势是由励磁磁势提供的，当三相绕组中通有三相电流时，气隙磁势是由励磁磁势和电枢反应磁势相互作用产生的。

采用所述永磁阵列的动铁式永磁直线电机，能提供更大的推力和悬浮力，减少漏磁，并无需次级铁心，端部效应也明显减小，减小对电机推力和悬浮力的影响。

Claims (2)

1.一种动铁式永磁直线电机，含有初级绕组(3)和次级永磁阵列(6)，初级绕组(3)缠绕在初级铁心(4)上，构成A相、B相和C相绕组，次级永磁阵列(6)安装于动子平台上(1)，初级铁心与永磁体之间为气隙(5)，其特征在于：所述次级永磁阵列(6)由若干个永磁体组(7)拼接而成，每个永磁体组包括n个充磁方向不同的永磁体(2)，其中n大于等于2；永磁体组中各永磁体的充磁方向沿阵列方向呈类正弦变化，每个永磁体(2)均为长方体，尺寸大小一致；所有永磁体(2)沿x轴方向紧密排列，不同永磁体组(7)中永磁体(2)的数量一致；在空间直角坐标系O-xyz中，每块永磁体(2)的三个方向的棱分别平行于x轴、y轴和z轴，以x轴正方向为基准，取顺时针方向为正，沿x轴正方向第i块永磁体(2)的充磁方向与x轴正方向的夹角为θ_i，i＝1,2,……,n，夹角θ_i满足：当θ_i<90°时，θ_i＝-θ_n-i+1；当θ_i>90°时，θ_i-180°＝180°-θ_n-i+1；对于相邻两个所述永磁体组(7)，其对应位置的永磁体(2)的充磁方向相差180°。

2.如权利要求1所述的一种动铁式永磁直线电机，其特征在于：在每个所述永磁体组(7)中，每个永磁体(2)的充磁方向均平行于xOz平面，夹角θ_i满足：-90°≤θ₁<0°且0°<θ_n≤90°，或90°≤θ₁<180°且180°<θ_n≤270°，θ_i随i的增大而增大。