CN105871171A - 一种变磁通直线同步电动机 - Google Patents

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    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type

Abstract

本发明公开了一种变磁通直线同步电动机，包括长定子和短动子；短动子包括电枢和励磁部分，励磁部分包括永磁体与直流励磁绕组，永磁体插入电枢槽口处，充磁方向平行于运动方向，相邻磁极充磁方向相反，直流励磁绕组分成上下两层，依次缠绕于电枢绕组的上端或下端，整个短动子表面采用不锈钢覆盖，电枢两侧端部齿铁芯采用不规则结构；电枢为冲片整体式齿槽结构包括电枢铁芯以及套设于电枢齿上的电枢绕组，相邻的电枢绕组由直流励磁绕组隔开。本发明电机把电枢与磁极集中到短动子上，既实现了磁通切换式结构的优点，也有效避免了其采用分立部件导致的加工困难；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

一种变磁通直线同步电动机
技术领域
本发明属于同步电机技术领域，具体涉及一种变磁通直线同步电动机。
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。
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)电枢由多个分立部件构成，加工较困难；(2)槽面积与永磁体互相制约，推力密度受到了限制；(3)永磁体被线圈包围，散热条件太差；(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，本发明提供了一种变磁通直线同步电动机，既能够使磁极与电枢都在短动子，不需要采用分立部件结构且永磁体不被线圈包围，降低系统成本，而且增加了直流励磁绕组，实现了磁通可调。
一种变磁通直线同步电动机，包括长定子和短动子；
所述的短动子包括电枢铁芯、电枢绕组、直流励磁绕组和永磁体；所述的电枢铁芯为冲片整体式齿槽结构，其每个电枢齿上均绕制有所述的电枢绕组，所述的直流励磁绕组缠绕于电枢绕组的上端或下端，相邻电枢绕组上的直流励磁绕组按一上一下交替缠绕，以使得相邻电枢绕组之间由直流励磁绕组隔开；所述的永磁体嵌设于电枢铁芯的每个电枢槽口处，其充磁方向平行于短动子的运动方向,且相邻永磁体的充磁方向相反。
所述的长定子采用冲片整体式齿槽结构的叠片铁芯，其齿槽朝向电枢铁芯的齿槽，且两者间存有一定的气隙。
与短动子相对区域内的长定子齿数比短动子齿数多1～2个。
优选地，所述电枢铁芯两端的电枢齿采用不规则形状，即两端电枢齿的外侧铁芯被削掉一部分；能够减小边端效应，实现削弱边端力的目的。
所述电枢铁芯的两端以及背向长定子的底部均开有焊接安装孔，即电枢铁芯采用底部和端部焊接的固定方式。
电枢槽口嵌有永磁体的电枢铁芯，其朝向长定子的一面采用不锈钢覆盖。
所述的电枢槽内中间为上下双层绕置的直流励磁绕组以构成变磁通结构。
所述的变磁通结构中直流励磁绕组的励磁磁场与永磁体的磁场方向在短动子中相反，而在长定子中相同。
本发明直线同步电动机的短动子同时包括了电枢和励磁部分，其固定于移动平台上，通过驱动移动平台使短动子直线运动，实现了磁通切换式结构的优点，也有效避免了电枢使用分立部件后造成的加工困难问题；故本发明相对现有技术具有以下有益技术效果：
(1)本发明变磁通直线同步电动机把电枢与磁极都集中到短动子上，且采用电励磁与永磁体共同励磁的结构，不仅大大减小了磁极(电枢)的长度，而且不需要采用分立部件，磁场调节能力大大提高，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)本发明长定子仅为开齿槽的冲片叠压组成，成本低，易于实现模块化。
(3)本发明电枢与普通永磁直线电机相同，加工方便，成本低。
附图说明
图1为本发明直线同步电动机的结构示意图。
图2为本发明直线同步电动机的三相电枢绕组连接示意图。
图3为本发明直线同步电动机的励磁磁场方向示意图。
图4为本发明直线同步电动机端部电枢齿的结构示意图。
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。
如图1所示，本实施例的变磁通直线同步电动机，包括长定子1和短动子2，短动子2包括电枢铁芯21、直流励磁绕组22、电枢绕组23、永磁体24以及表面不锈钢板25；电枢铁芯21为冲片整体式齿槽结构，每个齿上绕制电枢绕组23。电枢铁芯底部与两侧开有焊接安装孔26，电枢端部齿27采用不规则形状。永磁体24插在电枢槽口处，充磁方向平行于运动方向，相邻磁极充磁方向相反，直流励磁绕组22分成上下两层，依次缠绕于电枢绕组23的上端或下端，因此相邻的电枢绕组由直流励磁绕组隔开，容错性高。短定子2的三相电枢绕组23连接如图2所示，以A相为例。
长定子1由开齿槽的冲片叠压组成，放置在整个行程上，其被短定子覆盖区域的齿数Nr与电枢槽数的个数Ns相差2个。
本实施例中，在没有直流励磁电流与电枢电流时，其永磁体的磁链基本在电枢铁芯中闭合，在有直流励磁电流后，永磁体的磁链一部分经过电枢闭合，一部分通过气隙，与定子部分闭合，直流励磁的磁场与定动子都耦合，如图3所示，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，在电枢绕组中产生近似正弦的反电动势，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。
本实施方式直线同步电动机的工作原理为：当短动子2中绕制A相绕组的电枢齿与长定子1中的一个齿对齐时，励磁磁链经长定子齿闭合，定动子耦合，A相电枢绕组交链磁链最大；随着动子移动，其磁链减小，当动子移动90/Nr度时，A相电枢绕组交链磁链为零；动子继续移动，其磁链反向增大，当动子再移动90/Nr度时，A相电枢绕组交链磁链达到负的最大值；动子继续移动，磁链正向增大，当动子再移动90/Nr度时，A相电枢绕组交链磁链为零。显然磁链是正负交变的，基本为正弦型，是双极性磁链。
电枢铁芯21的端齿采用了不规则形状，把端部齿的一部分切掉，如图4所示，减小了端部效应，从而削弱了定位力。
电枢绕组交链磁链随着直流励磁电流的增大而增加，直流励磁电流的大小由具体应用场合的负载而定。
上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变磁通直线同步电动机，包括长定子和短动子；其特征在于：
所述的短动子包括电枢铁芯、电枢绕组、直流励磁绕组和永磁体；所述的电枢铁芯为冲片整体式齿槽结构，其每个电枢齿上均绕制有所述的电枢绕组，所述的直流励磁绕组缠绕于电枢绕组的上端或下端，相邻电枢绕组上的直流励磁绕组按一上一下交替缠绕，以使得相邻电枢绕组之间由直流励磁绕组隔开；所述的永磁体嵌设于电枢铁芯的每个电枢槽口处，其充磁方向平行于短动子的运动方向,且相邻永磁体的充磁方向相反。
2.根据权利要求1所述的变磁通直线同步电动机，其特征在于：所述的长定子采用冲片整体式齿槽结构的叠片铁芯，其齿槽朝向电枢铁芯的齿槽，且两者间存有一定的气隙。
3.根据权利要求1所述的变磁通直线同步电动机，其特征在于：与短动子相对区域内的长定子齿数比短动子齿数多1～2个。
4.根据权利要求1所述的变磁通直线同步电动机，其特征在于：所述电枢铁芯两端的电枢齿采用不规则形状，即两端电枢齿的外侧铁芯被削掉一部分。
5.根据权利要求1所述的变磁通直线同步电动机，其特征在于：所述电枢铁芯的两端以及背向长定子的底部均开有焊接安装孔，即电枢铁芯采用底部和端部焊接的固定方式。
6.根据权利要求1所述的变磁通直线同步电动机，其特征在于：电枢槽口嵌有永磁体的电枢铁芯，其朝向长定子的一面采用不锈钢覆盖。
7.根据权利要求1所述的变磁通直线同步电动机，其特征在于：所述的电枢槽内中间为上下双层绕置的直流励磁绕组以构成变磁通结构。
8.根据权利要求7所述的变磁通直线同步电动机，其特征在于：所述的变磁通结构中直流励磁绕组的励磁磁场与永磁体的磁场方向在短动子中相反，而在长定子中相同。
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