CN105553133B - 一种模块化的线形永磁电机的定子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种模块化的线形永磁电机的定子结构，所述定子结构包括多个定子模块和设置在任意相邻的两个定子模块之间的连接块；定子模块包括铁芯组，铁芯组包括多个第一铁芯和设置在相邻的两个第一铁芯之间的第二铁芯，第一铁芯上开设有一个定子槽，第二铁芯上开设有两个定子槽；绕组，各定子槽内均设有一个绕组，每个定子模块中的各个绕组属于同一相绕组；多个永磁体，各永磁体设置在所述第一铁芯与第二铁芯之间。本发明模块化的线形永磁电机的定子结构通过在第一铁芯与第二铁芯之间设置永磁体，可在电机运行过程中，定子结构中的所有永磁体都能产生有效的磁场，从而提高永磁体的利用率。

Description

一种模块化的线形永磁电机的定子结构
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种模块化的线形永磁电机的定子结构。
背景技术
现有的扫描伺服机构多采用由“高速伺服电机+齿轮组+齿圈”等构成的间接驱动方式，这种通过齿轮啮合的传动结构不可避免地存在非线性摩擦力、间隔死区及弹性变形，在完成启动、加速、减速、反转及制动等运动时，容易造成系统振动、运动响应慢、动态刚度差，这些固有的缺陷都使得扫捕机构在进一步提高其调速性能和定位能力时难以实现技术性突破。
而现有的永磁电机可以在有限角度内往复运动，在电机运行过程中永磁体只有部分有效，使得电机的永磁体利用率较低。此外，该电机的动子处于不同位置时，动子上不能形成有效磁场，永磁体会对外围电子设备造成干扰。且由于边端效应的影响，存在边端的绕组与中间部分绕组产生的反电动势差异较大、定位力和转矩波动较大的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化的线形永磁电机的定子结构，可提高永磁体的利用率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种模块化的线形永磁电机的定子结构，所述定子结构包括：多个定子模块和设置在任意相邻的两个定子模块之间的连接块；其中，各所述定子模块均包括：铁芯组，所述铁芯组包括多个第一铁芯和设置在相邻的两个第一铁芯之间的第二铁芯，所述第一铁芯上开设有一个定子槽，所述第二铁芯上开设有两个定子槽；绕组，各所述定子槽内均设有一个所述绕组，每个定子模块中的各个绕组属于同一相绕组；多个永磁体，各所述永磁体设置在所述第一铁芯与第二铁芯之间。
可选的，相邻所述永磁体的充磁方向沿圆周方向相反。
可选的，各所述定子槽的开口朝向圆弧的圆心处。
可选的，所述定子槽的开口为全开口或半开口。
可选的，动子结构与所述定子结构对应设置，且所述动子结构与定子结构之间具有间隙，所述相邻连接块之间的距离τt和同一定子模块中相邻永磁体之间的距离τd分别为：
其中，τp为所述动子结构中的相邻动子凸极之间的距离，m为绕组相数，i、j、k为参考系数，i和j为非负整数，k取值为0或1。
可选的，所述动子结构包括多个动子凸极，所述动子凸极的数量与所述定子槽的数量相匹配。
可选的，所述永磁体的材料包括钕铁硼、杉钴及铁氧体中至少一者。
可选的，所述连接块的材质为非导磁材料。
可选的，所述定子结构为弧形或者直线形。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明模块化的线形永磁电机的定子结构通过在第一铁芯与第二铁芯之间设置永磁体，可在电机运行过程中，定子结构中的所有永磁体都能产生有效的磁场，从而提高永磁体的利用率，同时降低永磁体对外围电子设备的电磁影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例模块化的线形永磁电机的定子结构示意图；
图2为本发明实施例模块化的线形永磁电机的结构示意图；
图3a为定子左边端齿的宽度变化与第一定子模块定位力基波幅值的对应关系示意图；
图3b为定子右边端齿的宽度变化与第三定子模块定位力基波幅值的对应关系示意图；
图4a为第一连接块的宽度调整示意图；
图4b为第二连接块的宽度调整示意图；
图5a为第一定子模块的位置变化对第一定子模块定位力基波幅值和相位的影响；
图5b为对定子左边端齿的宽度、定子右边端齿的宽度和各定子模块的位置进行调整后的定位力矩波形图。
附图说明
定子结构 1 第一铁芯 1-1
永磁体 1-2 绕组 1-3
第一连接块 1-4 第二连接块 1-5
定子左边端齿 1-6 定子右边端齿 1-7
第二铁芯 1-8 第一定子模块 1-11
第二定子模块 1-12 第三定子模块 1-13
动子结构 2 动子凸极 2-1。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保扩的范围。
本发明的目的是提供一种模块化的线形永磁电机的定子结构，所述定子结构包括：多个定子模块和设置在相邻的两个定子模块之间的连接块；其中，各所述定子模块均包括：铁芯组，所述铁芯组包括多个第一铁芯和设置在相邻的两个第一铁芯之间的第二铁芯，所述第一铁芯上开设有一个定子槽，所述第二铁芯上开设有两个定子槽；绕组，各所述定子槽内均设有一个所述绕组，每个定子模块中的各个绕组属于同一相绕组；多个永磁体，各所述永磁体设置在所述第一铁芯与第二铁芯之间。
本发明模块化的永磁电机的定子结构通过在第一铁芯与第二铁芯之间设置永磁体，可在电机运行过程中，定子结构中的所有永磁体都能产生有效的磁场，从而提高永磁体的利用率，同时降低永磁体对外围电子设备的电磁影响。
本发明定子结构中各个模块独立性好，可以把动子结构和定子结构两端开断而引起的边端效应和各相绕组之间的相互影响降到最小；每个模块的位置可调节，以此补偿安装误差对电机性能的影响；每个模块设计自由度大。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例中，设置有三个定子模块(即第一定子模块1-11、第二定子模块1-12及第三定子模块1-13)及两个连接块(即第一连接块1-4和第二连接块1-5)。定子模块的数量与绕组相数m相对应，其中m为大于零的整数，定子模块的个数可以根据电机相数的要求进行设计。
本发明所述定子结构可为弧形或者直线形。如图1所示，三个定子模块与两个连接块组合设置形成圆弧状，本发明模块化的永磁电机的定子结构的圆心角可以根据开关磁通弧形永磁电机带动负载的扫描范围来确定。
进一步地，每个所述定子模块均包括铁芯组、三个绕组及6块永磁体1-2。所述铁芯组包括两个第一铁芯1-1和设置在两个第一铁芯1-1之间的第二铁芯1-8，所述第一铁芯1-1上开设有一个定子槽，则所述第一铁芯1-1形成“U”型结构；所述第二铁芯1-8上开设有两个定子槽，则所述第二铁芯1-8形成“E”型结构。各所述定子槽的开口朝向圆弧的圆心处。进一步地，所述定子槽的开口为全开口或半开口。当所述定子槽的开口为半开口时，可以使三个模块的定位力基波分量相位差更接近120°。
此外，围绕所述定子槽的部分为端齿，其中，所述第一铁心1-1的端齿宽度与所述第二铁心1-8的端齿宽度不相等。
其中，各所述定子槽内均设有一个所述绕组1-3，每个定子模块中的各个绕组1-3属于同一相绕组。其中，所述连接块的材料为非导磁材料，降低各相绕组之间的电磁干扰，从而可以把动子结构和定子结构两端开断而引起的边端效应和绕组之间的相互影响降到最低，增加电机的容错性能。所述永磁体1-2的材质为包括钕铁硼、杉钴及铁氧体中至少一者。
动子结构2与所述定子结构1对应设置，且所述动子结构2与定子结构1之间具有间隙，所述相邻连接块之间的距离τt和同一定子模块中相邻永磁体之间的距离τd分别为：其中，τp为所述动子结构中的相邻动子凸极之间的距离，m为绕组相数，i、j、k为参考系数，i和j为非负整数，k取值为0或1。其中，所述动子结构包括多个动子凸极2-1，所述动子凸极2-1的数量与所述定子槽的数量相匹配。
如图3a所示，本发明模块化的线形永磁电机的定子结构可通过改变定子左边端齿1-6的宽度，从而改变第一定子模块1-11定位力基波分量幅值的大小；如图3b所示，本发明模块化的永磁电机的定子结构可通过改变定子右边端齿1-7的宽度，从而改变第三定子模块1-13定位力基波分量幅值的大小。
如图4a所示，可以优化第一连接块1-4的宽度，来调整第一定子模块1-11的位置，也可线性的改变第一定子模块1-11定位力矩基波分量的相位大小；如图4b所示，可以通过优化第二连接块1-5的宽度，来调整第三定子模块1-13的位置，也可线性的改变第三定子模块1-13定位力矩基波分量的相位大小。
而第一定子模块1-11的位置调整对应定位力基波幅值没有影响(如图5a所示)，同理，第三定子模块1-13的位置调整对应定位力基波幅值也没有影响。
根据图5b所示，对定子左边端齿1-6的宽度、定子右边端齿1-7的宽度和各定子模块的位置，可以消除定位力的基波分量，从而实现定位力和低转矩的波动，相比于调整前，转矩波动下降78％。电机的定位力对电机生产加工引起的误差敏感较大，通过对定子结构中各个参数的调整，可以改善电机加工工艺引起的误差对电机性能的影响。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种模块化的线形永磁电机的定子结构，其特征在于，所述定子结构包括：多个定子模块和设置在任意相邻的两个定子模块之间的连接块；其中，各所述定子模块均包括：
铁芯组，所述铁芯组包括多个第一铁芯和设置在相邻的两个第一铁芯之间的第二铁芯，所述第一铁芯上开设有一个定子槽，所述第二铁芯上开设有两个定子槽；
绕组，各所述定子槽内均设有一个所述绕组，每个定子模块中的各个绕组属于同一相绕组；
多个永磁体，各所述永磁体设置在所述第一铁芯与第二铁芯之间。
2.根据权利要求1所述的模块化的线形永磁电机的定子结构，其特征在于，相邻所述永磁体的充磁方向沿圆周方向相反。
3.根据权利要求1所述的模块化的线形永磁电机的定子结构，其特征在于，各所述定子槽的开口朝向圆弧的圆心处。
4.根据权利要求1所述的模块化的线形永磁电机的定子结构，其特征在于，所述定子槽的开口为全开口或半开口。
5.根据权利要求1所述的模块化的线形永磁电机的定子结构，其特征在于，动子结构与所述定子结构对应设置，且所述动子结构与定子结构之间具有间隙，所述相邻连接块之间的距离τr和同一定子模块中相邻永磁体之间的距离τd分别为：
其中，τp为所述动子结构中的相邻动子凸极之间的距离，m为绕组相数，i、j、k为参考系数，i和j为非负整数，k取值为0或1。
6.根据权利要求5所述的模块化的线形永磁电机的定子结构，其特征在于，所述动子结构包括多个动子凸极，所述动子凸极的数量与所述定子槽的数量相匹配。
7.根据权利要求1所述的模块化的线形永磁电机的定子结构，其特征在于，所述永磁体的材料包括钕铁硼、杉钴及铁氧体中至少一者。
8.根据权利要求1所述的模块化的线形永磁电机的定子结构，其特征在于，所述连接块的材质为非导磁材料。
9.根据权利要求1所述的模块化的线形永磁电机的定子结构，其特征在于，所述定子结构为弧形或者直线形。
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