CN106100284B - 一种永磁同步直线电机的直线运动机构 - Google Patents

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阵列，初级包括初级铁芯和初级绕组，永磁体阵列包括沿前后方向依次设置的前永磁体组、中永磁体组和后永磁体组；中永磁体组整体相对于所述前永磁体组向左偏移或向右偏移，并且偏移的距离为τ/2；前永磁体和所述后永磁体沿前后方向的宽度均为m，中永磁体沿前后方向的宽度l＝2m。本发明的中永磁体磁极相对于前永磁体偏移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，可以同时削弱直线电机的端部效应和由法相力波动引起的推力波动问题，同时具有制作工艺简单、便于批量生产的优点。

Description

一种永磁同步直线电机的直线运动机构

技术领域

本发明属于永磁同步电机领域，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定子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。

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阵列，所述永磁体阵列放置在所述次级轭板顶端面上，所述初级包括初级铁芯和初级绕组，所述初级铁芯上设置有电枢槽，所述初级绕组嵌装在所述初级铁芯的电枢槽处，此外，所述次级轭板和初级铁芯的长度均沿左右方向延伸，所述初级铁芯与所述永磁体阵列之间存在气隙，其特征在于，

所述永磁体阵列包括沿前后方向依次设置的前永磁体组、中永磁体组和后永磁体组，所述前永磁体组和所述后永磁体组前后对称设置，所述前永磁体组具有多个前永磁体，并且这些前永磁体沿左右方向等间距排布；所述中永磁体组具有多个中永磁体，并且这些中永磁体沿左右方向等间距排布；所述后永磁体组具有多个后永磁体，并且这些后永磁体沿左右方向等间距排布；此外，每个所述中永磁体沿左右方向的长度与所述前永磁体沿左右方向的长度相等，所述前永磁体组、中永磁体组和后永磁体组沿左右方向的总长度相等；

所述中永磁体组整体相对于所述前永磁体组向左偏移或向右偏移，并且偏移的距离为τ/2,其中τ为永磁同步直线电机的极距，即相邻两个中永磁体之间的间距与单个中永磁体沿左右方向的长度之和；

所述前永磁体和所述后永磁体沿前后方向的宽度均为m，所述中永磁体沿前后方向的宽度l＝2m。

优选地，所述中永磁体组的前端与所述前永磁体组抵接，所述中永磁体组的后端与所述后永磁体组抵接。

优选地，所述电枢槽平行齿开口槽。

优选地，所述初级的初级铁心与初级绕组采用环氧树脂灌封为一体。

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：

本发明的中永磁体磁极相对于前永磁体偏移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，可以同时削弱直线电机的端部效应和由法相力波动引起的推力波动问题，同时具有制作工艺简单、便于批量生产的优点。

附图说明

图1是本发明的中永磁体组整体相对于前永磁体组向左偏移后的结构示意图；

图2是本发明的中永磁体组整体相对于前永磁体组向左偏移后的俯视图；

图3是本发明中中永磁体组整体相对于前永磁体组向右偏移后的俯视图；

图4是本发明的剖面图；

图5是初级移动到位置a时受到的端部磁阻力的受力情况图，此时前永磁体组或后永磁体组对初级端部施加的力为F；

图6是初级移动到位置b时受到的端部磁阻力的受力情况图，此时中永磁体组对初级的端部施加的力为2F；

图7(a)～图7(c)是本发明中电机端部效应推力波动抵偿示原理意图。

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。

参照各附图，一种永磁同步直线电机的直线运动机构，包括次级1和初级2，所述次级1包括次级轭板11和永磁体阵列12，所述永磁体阵列12放置在所述次级轭板11顶端面上，所述初级2包括初级铁芯21和初级绕组22，所述初级铁芯21上设置有电枢槽23，所述初级绕组22嵌装在所述初级铁芯21的电枢槽23处，此外，所述次级轭板11和初级铁芯21的长度均沿左右方向延伸，所述初级铁芯21与所述永磁体阵列12之间存在气隙，其特征在于，

所述永磁体阵列12包括沿前后方向依次设置的前永磁体组121、中永磁体组122和后永磁体组123，所述前永磁体组121和所述后永磁体组123前后对称设置，所述前永磁体组121具有多个前永磁体，并且这些前永磁体沿左右方向等间距排布；所述中永磁体组122具有多个中永磁体，并且这些中永磁体沿左右方向等间距排布；所述后永磁体组123具有多个后永磁体，并且这些后永磁体沿左右方向等间距排布；此外，每个所述中永磁体沿左右方向的长度与所述前永磁体沿左右方向的长度相等，所述前永磁体组121、中永磁体组122和后永磁体组123沿左右方向的总长度相等；

所述中永磁体组122整体相对于所述前永磁体组121向左偏移或向右偏移，并且偏移的距离为τ/2,其中τ为永磁同步直线电机的极距，即相邻两个中永磁体之间的间距与单个中永磁体沿左右方向的长度之和；

所述前永磁体和所述后永磁体沿前后方向的宽度均为m，所述中永磁体沿前后方向的宽度l＝2m。

进一步，所述中永磁体组122的前端与所述前永磁体组121抵接，所述中永磁体组122的后端与所述后永磁体组123抵接，所述电枢槽23平行齿开口槽，所述初级2的初级铁心21与初级绕组22采用环氧树脂灌封为一体。

参照图7(a)～图7(c)，本发明通过设计次级1的三组永磁体磁极错位的方法，使中永磁体组122相对于前永磁体组121和后永磁体组123两边的部位错开τ/2距离。当初级2相对于永磁体阵列12处于位置a的时候，此时初级2受到的端部磁阻力大小之和为2F，方向水平向向左；与永磁体阵列12正对的初级铁芯位于永磁体阵列12的位置b处，此时初级2受到的端部磁阻力大小为2F，方向水平向右，此时初级2受到的力大小相等，方向向反，可以相互抵消，如图7(c)所示。由于实际运行中磁路的不完全对称，因此不可能完全抵消，但是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(1)和初级(2)，所述次级(1)包括次级轭板(11)和永磁体阵列(12)，所述永磁体阵列(12)放置在所述次级轭板(11)顶端面上，所述初级(2)包括初级铁芯(21)和初级绕组(22)，所述初级铁芯(21)上设置有电枢槽(23)，所述初级绕组(22)嵌装在所述初级铁芯(21)的电枢槽(23)处，此外，所述次级轭板(11)和初级铁芯(21)的长度均沿左右方向延伸，所述初级铁芯(21)与所述永磁体阵列(12)之间存在气隙，其特征在于，

所述永磁体阵列(12)包括从前往后依次设置的前永磁体组(121)、中永磁体组(122)和后永磁体组(123)，所述前永磁体组(121)和所述后永磁体组(123)前后对称设置，所述前永磁体组(121)具有多个前永磁体，并且这些前永磁体沿左右方向等间距排布；所述中永磁体组(122)具有多个中永磁体，并且这些中永磁体沿左右方向等间距排布；此外，每个所述中永磁体沿左右方向的长度与所述前永磁体沿左右方向的长度相等，并且所述前永磁体组(121)、中永磁体组(122)和后永磁体组(123)沿左右方向的总长度相等；

所述中永磁体组(122)整体相对于所述前永磁体组(121)向左偏移或向右偏移，并且偏移的距离为τ/2,所述前永磁体和所述后永磁体沿前后方向的宽度均为m，所述中永磁体沿前后方向的宽度l＝2m，从而使得永磁同步直线电机同一端部产生的推力波动的相位相差90°，推力波动相互抵消，并可同时削弱永磁同步直线电机的端部效应和由法相力波动引起的推力波动问题,其中τ为永磁同步直线电机的极距，即相邻两个中永磁体之间的间距与单个中永磁体沿左右方向的长度之和。

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，所述中永磁体组(122)的前端与所述前永磁体组(121)抵接，所述中永磁体组(122)的后端与所述后永磁体组(123)抵接。

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，所述电枢槽(23)平行齿开口槽。

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(2)的初级铁心(21)与初级绕组(22)采用环氧树脂灌封为一体。