CN105356719B - 一种永磁同步直线电机的直线运动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步直线电机的直线运动机构，包括次级和初级，次级包括次级轭板和永磁体，初级包括初级铁芯和初级绕组，所述初级铁芯上贯通设置有多个电枢中间齿槽，初级铁芯与所述次级轭板之间存在气隙，初级铁芯包括第一部分和第二部分，第一部分左右方向的长度L1小于所述第二部分左右方向的长度L2,从而使所述初级铁芯的形状从俯视图上看呈“凸”字形，其中，L2‑L1＝τ，并且τ为所述次级的极距。本发明提供一种永磁同步直线电机不等边槽宽的低磁阻力波动设计方法，在不削弱其他性能的前提下可以削弱运行过程中的推力波动和法向力波动，同时可以降低电枢磁路中的饱和程度，提升推力，提高定位精度。
Description
技术领域
本发明属于永磁同步直线电机领域，更具体地，涉及一种永磁同步直线电机的直线运动机构。
背景技术
由于永磁同步直线电机初级铁芯的开断和次级轭板绕组边端排列的不连续,使得其产生了与旋转电机不同的特性问题,即直线电机所特有的端部效应。它会增加直线电动机的附加损耗,降低直线电动机的效率,特别会引起直线电机的推力波动。推力波动是影响直线电机应用的主要原因之一,因为推力波动会产生机械振动和噪声,在低速运行时还可能引起共振,还会严重恶化伺服性能,例如定位精度等。理论上通过选择合理的基槽配合、初级斜槽、次级永磁体斜极、优化永磁体宽度与中间齿槽形状等方法使其减小，但是这些传统的方法对削弱端部效应并不明显。现有的文献是通过优化初级铁芯铁心长度、初级铁芯铁心边齿宽度和形状以及增加辅助齿等方法减小端部力引起的推力波动，还未见有文献报道抑制端部力引起的法向力波动的方法。同时，上述每种方法虽可抑制端部力引起的推力波动，但未必能很好的抑制法向力波动。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种永磁同步直线电机的直线运动机构，其能削弱由直线电机端部效应引起的推力波动问题，提高直线电机的定位精度。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种永磁同步直线电机的直线运动机构，包括次级和初级，所述次级包括次级轭板和永磁体，所述初级 包括初级铁芯和初级绕组，所述次级轭板和初级铁芯的长度均沿左右方向延伸，所述永磁体的数量为多个并且这些永磁体沿所述次级轭板的纵向设置在所述次级轭板上，而且相邻两永磁体相对的一端的极性相反，所述初级铁芯上贯通设置有多个电枢中间齿槽，所述初级铁芯与所述次级轭板之间存在气隙，其特征在于，
所述初级铁芯包括第一部分和第二部分，所述第一部分左右方向的长度L1小于所述第二部分左右方向的长度L2，从而使所述初级铁芯的形状从俯视图上看呈“凸”字形，其中，L2-L1＝τ，并且τ为所述次级的极距，即相邻两永磁体之间的间距与单个永磁体左右方向的宽度之和；
所述第一部分包括第一主体、沿第一主体的纵向设置在第一主体上的多个第一中间齿槽，以及设置在第一主体上的两个第一边端槽，从而使所述第一部分呈齿条形，此外，所有的第一中间齿槽均位于两个第一边端槽之间；
所述第二部分包括第二主体、沿第二主体的纵向设置在第二主体上的多个第二中间齿槽，以及设置在第二主体上的两个第二边端槽，从而使所述第二部分呈齿条形，此外，所有的第二中间齿槽均位于两个第二边端槽之间；
所述第二边端槽左右方向的宽度均大于所述第一边端槽左右方向的宽度并且二者之差为τ/2，所述第二边端槽设置在与所述第一边端槽对应位置并且对应位置处的第二边端槽与第一边端槽共同构成一电枢边端槽；
所述第一中间齿槽左右方向的宽度与所述第二中间齿槽左右方向的宽度相等，所述第二中间齿槽的位置与所述第一中间齿槽的位置相对应并且对应位置的第二中间齿槽与第一中间齿槽共同构成一所述电枢中间齿槽；
所述电枢边端槽和所述电枢中间齿槽处固定设置所述初级绕组。
优选地，所述第一部分最左边的齿和所述第二部分最左边的齿左右方 向的宽度相等，所述第一部分最右边的齿和所述第二部分最右边的齿左右方向的宽度相等。
优选地，所述第一部分由长度相同的硅钢片沿前后方向叠加而成。
优选地，所述第二部分由长度相同的硅钢片沿前后方向叠加而成。
优选地，所述初级绕组与所述初级铁芯之间灌封有环氧树脂灌。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本发明中第二边端槽与第一边端槽之差为τ/2，这样使得电机同一端部产生的推力波动的相位相差90°，推力波动能相互抵消。
2)本发明提供一种永磁同步直线电机不等边槽宽的低磁阻力波动设计方法，在不削弱其他性能的前提下可以削弱运行过程中的推力波动和法向力波动，同时可以降低电枢磁路中的饱和程度，提升推力，提高定位精度。另外，本发明制作工艺简单、便于批量生产。
附图说明
图1是本发明不视角下的结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3(a)和图3(b)分别是本发明中构成第一部分和第二部分硅钢片的示意图；
图4、图5、图6(a)、图6(b)是本发明中电机端部效应推力波动抵偿示原理意图；
其中，1-初级铁芯、2-初级绕组、3-永磁体、4-次级轭板、5-电枢中间齿槽，6-第一边端槽、7-第一边端齿、8-第二边端槽、9-第二边端齿，10-次级，11-初级，12-第一部分，13-第二部分。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1～图5，一种永磁同步直线电机的直线运动机构，包括次级10和初级11，所述次级10包括次级轭板4和永磁体3，所述初级11包括初级铁芯1和初级绕组2，所述次级轭板4和初级铁芯1的长度均沿左右方向延伸，所述永磁体3的数量为多个并且这些永磁体3沿所述次级轭板4的纵向设置在所述次级轭板4上，而且相邻两永磁体3相对的一端的极性相反，所述初级铁芯1上贯通设置有多个电枢中间齿槽5，所述初级铁芯1与所述次级轭板4之间存在气隙，所述初级铁芯1包括第一部分12和第二部分13，所述第一部分12左右方向的长度L1小于所述第二部分13左右方向的长度L2，从而使所述初级铁芯1的形状从俯视图上看呈“凸”字形，其中，L2-L1＝τ，并且τ为所述次级10的极距，即相邻两永磁体3之间的间距与单个永磁体3左右方向的宽度之和；
所述第一部分12包括第一主体、沿第一主体的纵向设置在第一主体上的多个第一中间齿槽，以及设置在第一主体上的两个第一边端槽6，从而使所述第一部分12呈齿条形，此外，所有的第一中间齿槽均位于两个第一边端槽6之间；
所述第二部分13包括第二主体、沿第二主体的纵向设置在第二主体上的多个第二中间齿槽，以及设置在第二主体上的两个第二边端槽8，从而使所述第二部分13呈齿条形，此外，所有的第二中间齿槽均位于两个第二边端槽8之间；
所述第二边端槽8左右方向的宽度大于所述第一边端槽6左右方向的宽度并且二者之差为τ/2，所述第二边端槽8设置在与所述第一边端槽6对应位置并且对应位置处的第二边端槽8与第一边端槽6共同构成一电枢 边端槽；
所述第一中间齿槽左右方向的宽度与所述第二中间齿槽左右方向的宽度相等，所述第二中间齿槽的位置与所述第一中间齿槽的位置相对应并且对应位置的第二中间齿槽与第一中间齿槽共同构成一所述电枢中间齿槽5；
所述电枢边端槽和所述电枢中间齿槽5处固定设置所述初级绕组2。
进一步，所述第一部分12最左边的齿和所述第二部分13最左边的齿左右方向的宽度相等，所述第一部分12最右边的齿和所述第二部分13最右边的齿左右方向的宽度相等。第一部分12最左边的齿和最右边的齿均为第一边端齿7，第二部分13最左边的齿和最右边的齿均为第二边端齿9；
进一步，所述第一部分12由长度相同的硅钢片沿前后方向叠加而成，所述第二部分13由长度相同的硅钢片沿前后方向叠加而成，由于第一部分12的长度小于第二部分13的长度，因此形成第一部分12的硅钢片为短硅钢片，形成第二部分13的硅钢片为长硅钢片。
进一步，所述初级绕组2与所述初级铁芯1之间灌封有环氧树脂灌。
参照图5、图6(a)、图6(b)所示，当传统短初级永磁直线电机运行时，穿过初级初级铁芯1端面的磁通发生着周期性的变化。本发明通过设计第二部分13的第二边端齿9较第一部分12硅钢片的第一边端齿7水平偏移了τ/2，即第二部分13的边端槽较第一部分12的边端槽宽τ/2。如图5所示，从理论上讲，当第二部分13的第二边端齿9位于永磁体3的a点处时，此时初级铁芯1受到一大小为F、方向水平向左的端部磁阻力，此时第二部分13的第二边端齿9位于永磁体3的b处并且初级铁芯1受到一大小为F、方向水平向向右的端部磁阻力，此时初级铁芯1受到的合力大小相等，方向向反，可以相互抵消。但是在实际运行中由于磁路的不完全对称，因此两个方向的力不可能完全抵消，但是却可以极大地削弱由端部效应引起的推力波动。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而 已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种永磁同步直线电机的直线运动机构，包括次级和初级，所述次级包括次级轭板和永磁体，所述初级包括初级铁芯和初级绕组，所述次级轭板和初级铁芯的长度均沿左右方向延伸，所述永磁体的数量为多个并且这些永磁体沿所述次级轭板的纵向设置在所述次级轭板上，而且相邻两永磁体相对的一端的极性相反，所述初级铁芯上贯通设置有多个电枢中间齿槽，所述初级铁芯与所述次级轭板之间存在气隙，其特征在于，
所述初级铁芯包括第一部分和第二部分，所述第一部分左右方向的长度L1小于所述第二部分左右方向的长度L2，从而使所述初级铁芯的形状从俯视图上看呈“凸”字形，其中，L2-L1＝τ，并且τ为所述次级的极距，即相邻两永磁体之间的间距与单个永磁体左右方向的宽度之和；
所述第一部分包括第一主体、沿第一主体的纵向设置在第一主体上的多个第一中间齿槽，以及设置在第一主体上的两个第一边端槽，从而使所述第一部分呈齿条形，此外，所有的第一中间齿槽均位于两个第一边端槽之间；
所述第二部分包括第二主体、沿第二主体的纵向设置在第二主体上的多个第二中间齿槽，以及设置在第二主体上的两个第二边端槽，从而使所述第二部分呈齿条形，此外，所有的第二中间齿槽均位于两个第二边端槽之间；
所述第二边端槽左右方向的宽度均大于所述第一边端槽左右方向的宽度并且二者之差为τ/2，所述第二边端槽设置在与所述第一边端槽对应位置并且对应位置处的第二边端槽与第一边端槽共同构成一电枢边端槽；
所述第一中间齿槽左右方向的宽度与所述第二中间齿槽左右方向的宽度相等，所述第二中间齿槽的位置与所述第一中间齿槽的位置相对应并且对应位置的第二中间齿槽与第一中间齿槽共同构成一所述电枢中间齿槽；
所述电枢边端槽和所述电枢中间齿槽处固定设置所述初级绕组；
所述第一部分最左边的齿和所述第二部分最左边的齿左右方向的宽度相等，所述第一部分最右边的齿和所述第二部分最右边的齿左右方向的宽度相等。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步直线电机的直线运动机构，其特征在于，所述第一部分由长度相同的硅钢片沿前后方向叠加而成。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步直线电机的直线运动机构，其特征在于，所述第二部分由长度相同的硅钢片沿前后方向叠加而成。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步直线电机的直线运动机构，其特征在于，所述初级绕组与所述初级铁芯之间灌封有环氧树脂灌。
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