CN105915018B - 一种双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构 - Google Patents

一种双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构,电机为三层结构,中间层为次级,内层和外层均为初级,绕组也相应的分为内层和外层。单层初级绕组采用60o相带和120o相带复合相带的连接方式,根据极槽数的不同形成多个沿轴向相间分布的绕组区域。内外层绕组串联后工作,内、外层对应区域的绕组相带可以相同或者不同。这种绕组结构综合了60o相带和120o相带两种绕组结构的优点,在保证推力密度的同时,降低电枢反应以有效提高电机的负载范围,同时该绕组布置有利于减小端部效应导致的三相电感不平衡现象。

Description

一种双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构
技术领域
[0001] 本发明涉及一种直线电机的绕组结构,具体涉及一种双电枢圆筒型永磁同步直线 电机的复合相带绕组结构,属于电机的绕组相带技术领域。
背景技术
[0002] 相较于旋转电机系统,直接驱动直线电机系统简化了中间传动机构,因此具有结 构简单,动态性能好,控制精度高,传动效率高等优点,因此在高精密加工装备、电动汽车等 领域的各种运动控制系统中,具有广泛的应用前景。
[0003] 而在各种直线电机拓扑中,圆筒型永磁同步直线电机除了具有平板型永磁同步直 线电机高推力密度、高功率因数的优点,还兼具有圆环形绕组利用率高、无横向端部效应、 不存在单边磁拉力、有利于隔磁防护等优点。
[0004] 对圆筒型直线电机来说,要使得电机输出更大的推力,通常需要提高绕组利用率 和增大气隙外径,而此时电机内径也相应增大,在内圆形成较大的中空,该中空部分如不合 理利用,将造成体积上的浪费。另外,对于大推力直线电机来说,除了需要具备较好的推力 特性,也应该具有较宽的负载范围。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合 相带绕组结构,这种绕组结构综合了 60°相带和120°相带两种绕组结构的优点,在保证推力 密度的同时,提高绕组的利用率和电机的负载范围。
[0006] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0007] 一种双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构,所述电机包括外层初 级、中间层次级和内层初级,外层初级与中间层次级之间具有气隙,中间层次级与内层初级 之间具有气隙,所述外层初级与内层初级的结构相同,均包括初级轭、初级齿和绕组,初级 齿和绕组沿轴向交替排列在初级轭的内壁,所述中间层次级包括永磁体和圆环状导磁铁 芯,永磁体和圆环状导磁铁芯沿轴向交替排列,相邻两个永磁体的极性相反;所述外层绕组 和内层绕组均采用60°相带和120°相带复合相带进行连接。
[0008] 作为本发明的一种优选方案,所述外层、内层对应区域的绕组相带不同,外层绕组 120°相带对应内层绕组60°相带,外层绕组60°相带对应内层绕组120°相带。
[0009] 作为本发明的一种优选方案,所述外层、内层对应区域的绕组相带相同,外层绕组 12(T相带对应内层绕组120°相带,外层绕组60°相带对应内层绕组60°相带,且外层绕组线圈 绕制方向与内层绕组线圈绕制方向相反。
[0010]作为本发明的一种优选方案,所述外层绕组120°相带与60°相带之间通过非导磁材 料连接。
[0011]作为本发明的一种优选方案,所述外层初级与内层初级轴向有效长度相同,且外 层初级的槽宽等于内层初级的槽宽,外层初级的齿宽等于内层初级的齿宽。
[0012]作为本发明的一种优选方案,初级槽数与次级极数的最小公约数大于2。
[0013]本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
[0014] 1、本发明通过单套绕组实现绕组复合相带分布,综合了两种相带绕组结构的优 点,提高了绕组利用率,在保证推力密度的同时,降低电枢反应以提高电机的负载范围,同 时该绕组布置有利于减小端部效应导致的三相电感不平衡现象,从而有利于减小推力波 动。
[0015] 2、本发明采用双电枢结构,初、次级之间形成了双层气隙,有效增大了气隙面积和 绕组长度,同时永磁体采用内嵌式结构,提高了电机的体积利用率和绕组利用率,使得电机 具有更大的推力体积比。
附图说明
[0016] 图1是本发明实施例一的结构示意图。
[0017] 图2是本发明实施例二的结构示意图。
[0018] 图3是本发明实施例三的结构示意图。
[0019]图4是本发明实施例四的结构示意图。
[0020] 图5是多电枢结构示意图。
[0021 ]其中,1 • 1-外层初级轭,1.2-外层初级齿,1.3-内层初级齿,1.4-内层初级轭,2.1 -永磁体,2_2_圆环状导磁铁芯,3.1-外层绕组,3.2-内层绕组,4-非导磁轴,Z-轴向,R-纵向。
具体实施方式
[0022]下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。 [0023]如图1所示,为本发明实施例一的结构示意图。本发明的双电枢圆筒型永磁同步直 线电机的复合相带绕组结构,电机包括外层、中间层、内层共三层结构,其中外层和内层为 电机的初级,中间层为电机的次级,外层初级与中间层之间形成外层气隙,内层初级与中间 层之间形成内层气隙。根据应用需求,可以将初级用作定子,次级用作动子,也可以将初级 用作动子,次级用作定子。
[0024]初级分为两层,外层初级和内层初级轴向长度相同,外层槽宽与内层槽宽相同,夕卜 层齿宽与内层齿宽也是相同的。绕组也分为外层绕组3 • 1和内层绕组3.2,分布方式是集中 绕组,每个初级槽内放置一个饼状绕组线圈。单层初级绕组采用60°相带和120。相带复合相 带的连接方式,沿轴向分为两个绕组模块。内外层绕组串联后工作,对应模块的绕组相带不 同。
[0025]外层初级包括圆筒状导磁铁芯构成的初级轭1.1、圆环状导磁铁芯构成的初级齿 1_ 2和饼状绕组3.1,其中,齿1.2和绕组3.1沿轴线依次间隔排列在外层辄内壁;内层初级同 样包括初级辄1.4、初级齿1.3和绕组3.2,其中,齿1.3和绕组3.2的排列方式与外层相同,初 级轭1.4嵌套在圆筒状非导磁轴4上。圆筒型或者圆环形导磁铁芯可以采用硅钢片轴向叠置 而成,硅钢片沿轴向开数个浅槽,以进一步减小铁芯损耗。
[0026] 次级为中间层,包括永磁体2.1和铁芯2.2。圆环状永磁体2.1与圆环状导磁铁芯 2 • 2沿轴向间隔排列,相邻两块永磁体极性相反,按照N、S、N、S....的顺序排列。永磁体充磁 方向是轴向,产生的磁力线经过圆环状导体铁芯、初级铁芯后形成闭合回路,因此外层初级 与内层初级的磁路是并联的。
[0027]内层初级内部为筒状轴,材料为非导磁材料,可以减小漏磁和内部磁阻力,简化安 装工艺,增强电机稳定性。
[0028]本实施例还可以根据槽极数的不同,扩展为单层绕组沿轴向形成多个⑼个模块,JV 为大于等于2的整数)相间分布的模块。
[0029]如图2所示,为本发明实施例二的结构示意图。实施例二与实施例一的区别在于, 电机采用两个单元电机,单元电机之间通过非导磁材料连接。每个单元电机的绕组分别采 用单独的分布相带。采用该结构可以进一步减小端部效应导致的三相电感不平衡现象,从 而有利于提高电机的而推力性能。
[0030] 如图3所示,为本发明实施例三的结构示意图。实施例三与实施例一的区别在于, 内、外层对应区域的绕组相带相同,对应槽内的绕组线圈绕制方向相反,形成一种互补结 构。该结构可以进一步减小漏磁,从而提高电机的推力密度。
[0031] 如图4所示,为本发明实施例四的结构示意图。实施例四与实施例三的区别在于, 电机采用两个单元电机,单元电机之间通过非导磁材料连接。每个单元电机的绕组分别采 用单独的分布相带。采用该结构可以进一步减小端部效应导致的三相电感不平衡现象,从 而有利于提高电机的而推力性能。
[0032] 如图5所示,电机还可以采取多电枢(大于二)结构,单层绕组单独采取复合相带 的绕组方式。
[0033] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是 按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围 之内。

Claims (6)

1. 一种双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构,所述电机包括外层初 级、中间层次级和内层初级,外层初级与中间层次级之间具有气隙,中间层次级与内层初级 之间具有气隙,所述外层初级与内层初级的结构相同,均包括初级轭、初级齿和绕组,初级 齿和绕组沿轴向交替排列在初级轭的内壁,所述中间层次级包括永磁体和圆环状导磁铁 芯,永磁体和圆环状导磁铁芯沿轴向交替排列,相邻两个永磁体的极性相反;其特征在于, 所述外层绕组和内层绕组均采用6〇 °相带和120 °相带复合相带进行连接。
2.根据权利要求1所述双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构,其特征 在于,所述外层初级、内层初级对应区域的绕组相带不同,外层绕组120°相带对应内层绕组 60°相带,外层绕组60°相带对应内层绕组120°相带。
3.根据权利要求1所述双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构,其特征 在于,所述外层初级、内层初级对应区域的绕组相带相同,外层绕组120°相带对应内层绕组 120°相带,外层绕组60°相带对应内层绕组60°相带,且外层绕组线圈绕制方向与内层绕组 线圈绕制方向相反。
4.根据权利要求2或3所述双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构,其特 征在于,所述外层绕组120°相带与60°相带之间通过非导磁材料连接。
5.根据权利要求2或3所述双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构,其特 征在于,所述外层初级与内层初级轴向有效长度相同,且外层初级的槽宽等于内层初级的 槽宽,外层初级的齿宽等于内层初级的齿宽。
6.根据权利要求2或3所述双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构,其特 征在于,初级槽数与次级极数的最小公约数大于2。
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