CN105932858A - 具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子，包括一直线型的支架，沿所述支架均匀排布有若干个永磁体，所述永磁体呈圆柱体，其磁化方向平行于直径方向，且其磁化角按照预定的方式排列，由于圆柱形永磁体在直径方向充磁时，不需要特殊设备，充磁效果好，磁化方向更准确和易控制，因此磁化难度小，成功率高，而且采用上述预定的排列方式对永磁体进行布置，可以得到非常理想的单边增强磁场，另一边磁场消失，永磁直线电机定子不需要铁芯，因此永磁直线电机定子的功率密度大，直线电机的性能好。本发明还提供一种具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子的制造方法。

Description

具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子及其制造方法

技术领域

本发明涉及电机加工及制造技术领域，特别涉及一种具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子及其制造方法。

背景技术

稀土永磁电机是上世纪70年代初期出现的一种新型永磁电机，由于稀土永磁体的高磁能积和高矫顽力，使稀土永磁电机具有体积小、重量轻、效率高、特性好等一系列优点。稀土永磁电机既可达到传统励磁电机所无法比拟的高性能要求，又可能制成满足特定运动要求的特种电机，如电梯牵引电机，汽车专用电机等。稀土永磁电机与电力电子技术和微机控制技术相结合，更使电机及传动系统的性能提高到一个崭新的水平，从而提高所配套的技术和性能。

要制造高性能的稀土永磁电机必须使稀土永磁体产生符合电磁要求的磁场，1979年美国劳伦斯·伯克利实验室的物理学家K.Halbach博士提出了一种新颖的永磁阵列，这种永磁阵列完全由稀土永磁材料制成，通过将不同充磁方向的永磁体按照一定规律排列，能够在磁体的一侧汇聚磁力线，使磁场加强，且能满足电磁要求，而另一侧削弱磁力线，从而获得比较理想的单边磁场。学术界将这种阵列方式的永磁体称为Halbach阵列永磁体。

尽管Halbach阵列能使永磁体产生理想的单边磁场，但是目前利用Halbach阵列永磁体制造电机转子的技术仍不成熟，目前常用的技术中一般采用斜向充磁方式对单个的长方体状的永磁体进行磁化，然后将磁化后的永磁体单元粘结在一起，制成Halbach阵列永磁体，然后再组装成电机转子。这种制造方法难度非常大，效率较低，因而制造成本居高不下。

发明内容

本发明的主要目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子及其制造方法，其具有制造难度低、组装效率高，转子的功率密度大，不需要铁芯等特点。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案。

本发明首先提供一种具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子，包括一直线型的支架，沿所述支架均匀排布有若干个永磁体，所述永磁体呈圆柱体，且磁化方向平行于直径方向，设每个永磁体的磁极方向与所述支架的长度方向所成的角度为则上述若干个永磁体依次按以下角度依次排列：

式中：

N为所述永磁直线电机定子的磁极对数；

n为每个磁极中包含的永磁体数目；

m为永磁体的顺序编号，m＝1，2，3，……，2N*n+1。

上述永磁直线电机定子中，所述永磁体设置有一中心轴，所述中心轴的一端设置有轴销。

上述永磁直线电机定子中，所述支架包括第一支架和第二支架，第一支架上设置有圆孔，所述第二支架上的设置有销轴孔，永磁体中心轴一端的所述轴适于插入到第一支架上的所述圆孔中，永磁体中心轴的另一端轴销适于插入到第二支架上的所述轴销孔中。

本发明还提供一种具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子的制造方法，包括以下步骤：

a、在基座上固定第一支架，所述第一支架上均匀设置有2N*n+1个圆孔，所述2N*n+1个安装孔直线排列；

b、配置2N*n+1个圆柱形永磁体，每个永磁体设置有一中心轴，所述中心轴的一端设置有销轴；

c、为每个永磁体充磁，且充磁方向平行于所述永磁体的直径方向；

d、将每个所述永磁体的中心轴的园轴插入到第一支架的所述圆孔中，

e、将每个所述永磁体的中心轴的具有销轴的一端插入到第二支架的所述销轴孔中，并使各永磁体的磁极方向与支架的长度方向所成的角度依次满足以下要求：

其中：N为所述永磁直线电机定子的磁极对数；

n为每个磁极中包含的永磁体数目；

m为永磁体的顺序编号，m＝1，2，3，……，2N*n+1；

f、将第二支架固定在基座上，使各个永磁体的中心轴与所述第一支架和第二支架垂直。

本发明相比于传统的永磁直线电机定子和制造方法，首先，采用平行于直径方向充磁的圆柱形永磁体代替传统的斜向充磁的长方体状的永磁体，由于圆柱形永磁体在直径方向充磁时，不需要特殊设备，充磁效果好，磁化方向更准确和易控制，因此磁化难度小，成功率高；其次，采用所述的公式对各个永磁体的磁化方向进行排列，具有良好的聚磁效应，可以得到非常理想的单边磁场，永磁直线电机定子不需要铁芯，而且，每个磁极所包含的永磁体数目越多，所得到的磁场就越趁近于正弦分布，从而电机的性能越好。

附图说明

图1是本发明实施例中永磁直线电机定子的正面结构示意图。

图2是本发明实施例中永磁体的结构示意图。

图3是本发明实施例中永磁体的排布方式示意图。

图4是本发明实施例中第一支架的结构示意图。

图5是本发明实施例中第二支架的结构示意图。

图6是本发明实施例中永磁直线电机定子的磁场分布示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便更清楚、直观地理解本发明的发明实质。

参照图1、图2和图3所示，本实施例提供一种具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子。该永磁直线电机定子包括一直线型的支架10，该支架10固定于一基座30上，沿着该支架10的长度方向均匀地排布有若干个永磁体20，这些永磁体20整体呈圆柱状，在其中心设置有中心轴21。该永磁体20的磁化方向平行于其圆柱体的直径方向。

假设该永磁直线电机定子有N对磁极，每个磁极包含n个永磁体20，则总共有2N*n+1个永磁体20。假设各永磁体20的磁极方向与支架10的长度方向所成的角度(以下称为磁化角)为则上述2N*n+1个永磁体20依次按以下角度依次排列：

其中，m为永磁体20的顺序编号，m＝1，2，3，……，2N*n+1。

以磁极对数为2，每个磁极中包含4个永磁体20为例，总共有17个永磁体20，可以计算出第1个永磁体20的磁化角为：

第2个永磁体20的磁化角为：

……

第16个永磁体20的磁化角为：

即，第1个永磁体20的磁化角为0度。

所有17个永磁体20经过上述方式排布后，得到图6所示的磁场分布效果。可见，在本实施例的永磁直线电机定子的上方，形成增强的近似于正弦磁力曲线，而在永磁直线电机定子的下方基本上没有磁力线，从而有效地利用了永磁体20的磁场，并增加了永磁直线电机定子的功率密度。而且，经过实验证明，对于相同的磁极对数，每个磁极中包含的永磁体20数目越多，即n越大，则永磁直线电机定子上方的磁力线越趋近于正弦曲线，电机的性能也越好。

此外，请参照图4和图5所示，上述支架10包括第一支架11和第二支架12，第一支架11和第二支架12均固定于基座30上，第一支架11上设置有销轴孔111，第二支架12上的设置有圆孔121。

第一支架11上的销轴孔111之间的距离与第二支架12上的圆孔121之间的距离相等，使得永磁体20安装到第一支架11和第二支架12之间后，能保持永磁体20的中心轴21与第一支架11和第二支架12垂直。

具体地，本实施例的永磁体20的中心轴31由金属材料制成，其一端设置有一销轴22。在对永磁体20的磁化角进行调节后，可以通过该销轴22插入上述销轴孔111，以限制永磁体20绕中心轴21旋转，从而保持永磁体20的磁化角不变。

本实施例采用分别设置于第一支架11的销轴孔111与设置于中心轴21上的销轴22的配合，以及设置于第二支架12的圆孔121与中心轴21的配合来固定永磁体20和调节磁化角，以代替传统采用粘结等固定方式，其优点在于，永磁体20的组装方便，安装牢固可靠，有利于提高生产效率和良品率。而且，采用销轴孔111固定永磁体的方式，可以在安装永磁体20的同时对永磁体20的磁化角进行调节和固定，这种方式安装永磁体20非常方便和快捷。

本实施例还提供一种直线电机永磁直线电机定子的制造方法，其包括以下步骤：

a、在基座上固定第一支架，第一支架上均匀设置有2N*n+1个销轴孔，该2N*n+1个安装孔直线排列；

b、配置2N*n+1个圆柱形永磁体，每个永磁体设置有一中心轴，上述中心轴的一端设置有销轴；

c、为每个永磁体充磁，且充磁方向平行于永磁体的直径方向；

d、将每个永磁体的中心轴的具有销轴的一端插入上述销轴孔中，并使各永磁体的磁极方向与支架的长度方向所成的角度依次满足以下要求：

其中：N为所述永磁直线电机定子的磁极对数；

n为每个磁极中包含的永磁体数目；

m为永磁体的顺序编号，m＝1，2，3，……，2N*n+1；

e、配置第二支架，该第二支架上对应于上述销轴孔均匀设置有直线排列的2N*n个圆孔；

f、将每个永磁体的中心轴的与销轴相对的另一端插入上述圆孔，使各个永磁体的中心轴与第一支架和第二支架垂直。

采用上述方法，可以永磁直线电机定子的组装变得更方便，安装更牢固可靠，有利于提高生产效率和良品率。而且，采用将销轴插入销轴孔的方式固定永磁体，可以对永磁体的磁化角进行固化的同时，固定永磁体，采用这种方式可以使永磁体的组装非常方便和快捷。

综上所述，本发明相比于传统的直线电机的永磁直线电机定子和制造方法，首先，采用平行于直径方向充磁的圆柱形永磁体代替传统的斜向充磁的长方体状的永磁体，由于圆柱形永磁体在直径方向充磁时，不需要特殊设备，充磁效果好，磁化方向更准确和易控制，因此磁化难度小，成功率高；其次，采用所述的公式对各个永磁体的磁化方向进行排列，具有良好的聚磁效应，可以得到非常理想的单边磁场，从而不需要导磁的铁芯。而且，每个磁极所包含的永磁体数目越多，所得到的磁场就越趁近于正弦分布，从而电机的性能越好。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子，其特征在于：包括一直线型的支架，沿所述支架均匀排布有若干个永磁体，所述永磁体呈圆柱体，且磁化方向平行于直径方向，设每个永磁体的磁极方向与所述支架的长度方向所成的角度为则上述若干个永磁体依次按以下角度依次排列：

式中：

N为所述永磁直线电机定子的磁极对数；

n为每个磁极中包含的永磁体数目；

m为永磁体的顺序编号，m＝1，2，3，……，2N*n+1。

2.如权利要求1所述的直线电机的永磁直线电机定子，其特征在于：所述永磁体设置有一中心轴，所述中心轴的一端设置有销轴。

3.如权利要求2所述的直线电机的永磁直线电机定子，其特征在于：所述支架包括第一支架和第二支架，第一支架上设置有圆孔，所述第二支架上的设置有销轴孔，永磁体中心轴一端的所述轴适于插入到第一支架上的所述圆孔中，永磁体中心轴另一端的销轴适于插入到第二支架上的所述的销轴孔中。

4.一种具有聚磁效应的无铁芯永磁直线电机定子制造方法，包括以下步骤：

a、在基座上固定第一支架，所述第一支架上均匀设置有2N*n+1个圆孔，所述2N*n+1个安装孔直线排列；

b、配置2N*n+1个圆柱形永磁体，每个永磁体设置有一中心轴，所述中心轴的一端设置有销轴；

c、为每个永磁体充磁，且充磁方向平行于所述永磁体的直径方向；

d、将每个所述永磁体的中心轴的园轴插入到第一支架的所述圆孔中；

e、将每个所述永磁体的中心轴的具有销轴的一端插入到第二支架的所述销轴孔中，并使各永磁体的磁极方向与支架的长度方向所成的角度依次满足以下要求：

其中，N为所述永磁直线电机定子的磁极对数；

n为每个磁极中包含的永磁体数目；

m为永磁体的顺序编号，m＝1，2，3，……，2N*n+1；

f、将第二支架固定在基座上，使各个永磁体的中心轴与所述第一支架和第二支架垂直。