CN106685176B - 一种带有补偿模块的永磁直线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带有补偿模块的永磁直线电机，包括定子、动子、连接块和补偿模块；所述连接块设置在所述定子的一端，并嵌在所述定子与所述补偿模块之间；所述补偿模块包括辅助永磁体、补偿绕组和两个补偿铁芯；每个所述补偿铁芯呈直角形；所述辅助永磁体安装在两个所述补偿铁芯之间，与两个所述补偿铁芯形成补偿槽；所述补偿绕组穿过所述补偿槽绕在两个所述补偿铁芯与所述辅助永磁体的连接处。本发明公开的带有补偿模块的永磁直线电机，可以有效降低力波动，从而提高永磁直线电机的定位精度、提高永磁直线电机的可靠性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种带有补偿模块的永磁直线电机。
背景技术
直线电机由于结构简单、直线传送的定位精度高、反应速度快、直线直驱往复带宽高等优点，广泛应用在自动控制系统、需要长期连续驱动的装置和需要在短时间或短距离内提供巨大直线运动能量的装置中。
现有技术中直线电机中永磁电机的应用越发广泛。而现有的永磁直线电机由于边端的存在，使得永磁直线电机在运行过程中产生很大的力波动，这种力波动会对电机的精密定位产生极大影响。同时，由于力波动的存在，会使得系统振动严重，可靠性和寿命均下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有补偿模块的永磁直线电机，可以有效降低力波动，从而提高永磁直线电机的定位精度、提高永磁直线电机的可靠性和使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种带有补偿模块的永磁直线电机，包括定子、动子、连接块和补偿模块；
所述连接块设置在所述定子的一端，并嵌在所述定子与所述补偿模块之间；
所述补偿模块包括辅助永磁体、补偿绕组和两个补偿铁芯；每个所述补偿铁芯呈直角形；所述辅助永磁体安装在两个所述补偿铁芯之间，与两个所述补偿铁芯形成补偿槽；所述补偿绕组穿过所述补偿槽绕在两个所述补偿铁芯与所述辅助永磁体的连接处。
可选的，所述定子包括：定子铁芯、定子绕组和永磁体；所述定子铁芯、所述定子绕组和所述永磁体均为多个；
多个所述定子铁芯等距排列成一排；每个所述永磁体放置在相邻的两个所述定子铁芯之间；每个所述定子铁芯上均开设一个定子槽；所述定子槽的开口方向朝向所述动子；定子槽为全开口或半开口；所述定子绕组穿过相邻的两个所述定子铁芯的定子槽，绕在相邻的两个所述定子铁芯上；位于所述定子边端的所述定子铁芯为边端定子铁芯，每个所述边端定子铁芯的定子槽中穿过一个所述定子绕组，除位于所述定子边端外的所述定子铁芯为内部定子铁芯，每个所述内部定子铁芯的定子槽中穿过两个所述定子绕组。
可选的，所述永磁体的充磁方向与所述动子的运动方向相平行；相邻的两个所述永磁体的充磁方向相反；永磁体的材料包括钕铁硼、钐钴和铁氧体中的至少一种。
可选的，所述动子包括多个动子齿；多个所述动子齿等距排列在所述动子上。
可选的，两个所述补偿铁芯的距离与相邻的两个所述动子齿的距离相等。
可选的，所述连接块的宽度与所述定子产生的力波动的基波的相位相匹配。
可选的，所述补偿绕组中通入的电流与所述定子产生的力波动的二次谐波的相位相匹配。
可选的，所述连接块由非磁性材料制成。
可选的，所述补偿模块设置在所述定子的一侧或两侧。
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：本发明在直线电机中设置了补偿模块，并在补偿模块中设置辅助永磁体，使得补偿模块在运动时可以产生与力波动的频率相同、相位相同、方向相反的磁阻力，从而可以对力波动进行补偿，有效减少力波动，从而提高开关磁通直线电机的定位精度、提高开关磁通直线电机的可靠性和使用寿命。
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为本发明开关磁通直线电机实施例的装置结构图；
图2为本发明开关磁通直线电机实施例中加入辅助永磁体后对力波动的基波进行补偿前后的波形图；
图3为本发明开关磁通直线电机实施例中在补偿绕组中通入补偿电流前后产生的力波动的二次谐波的波形图；
图4为本发明开关磁通直线电机实施例中对力波动进行补偿前后的力波动波形图。
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，都属于本发明保护的范围。
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。
图1为本发明开关磁通直线电机实施例的装置结构图。
参见图1，该开关磁通直线电机，包括定子1、补偿模块2、动子3和连接块4；
所述定子1可以为直线结构或弧形结构，本发明以直线结构为例进行说明。所述定子1包括：定子铁芯101、定子绕组102和永磁体103；所述定子铁芯101、定子绕组102和永磁体103均为多个；在该实施例中，定子1中的定子铁芯101的数量为7个，定子绕组102的数量为6个，永磁体103的数量为6个。
7个所述定子铁芯101等距排列成一排；每个所述永磁体103放置在相邻的两个所述定子铁芯101之间；每个所述定子铁芯101上均开设一个定子槽；所述定子槽的开口方向朝向所述动子3；所述定子绕组102穿过相邻的两个所述定子铁芯101的定子槽，绕在相邻的两个所述定子铁芯101上；位于所述定子1的边端的所述定子铁芯101为边端定子铁芯，每个所述边端定子铁芯的定子槽中穿过一个所述定子绕组102，除位于所述定子边端外的所述定子铁芯101为内部定子铁芯，每个所述内部定子铁芯的定子槽中穿过两个所述定子绕组102；在该实施例中，7个定子铁芯从左至右依次为第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第四铁芯、第五铁芯、第六铁芯和第七铁芯。可见第一铁芯和第七铁芯位于边端，因此第一铁芯和第七铁芯为边端定子铁芯，其余的5个定子铁芯为内部定子铁芯。6个定子绕组从左至右依次为第一绕组1021、第二绕组1022、第三绕组1023、第四绕组1024、第五绕组1025和第六绕组1026。从图中看出，第一绕组1021环绕在第一铁芯和第二铁芯上，第一绕组1021穿过第一铁芯的定子槽和第二铁芯的定子槽。第二绕组1022环绕在第二铁芯和第三铁芯上，第二绕组1022穿过第二铁芯的定子槽和第三铁芯的定子槽。第三绕组1023环绕在第三铁芯和第四铁芯上，第三绕组1023穿过第三铁芯的定子槽和第四铁芯的定子槽。第四绕组1024环绕在第四铁芯和第五铁芯上，第四绕组1024穿过第四铁芯的定子槽和第五铁芯的定子槽。第五绕组1025环绕在第五铁芯和第六铁芯上，第五绕组1025穿过第五铁芯的定子槽和第六铁芯的定子槽。第六绕组1026环绕在第六铁芯和第七铁芯上，第六绕组1026穿过第六铁芯的定子槽和第七铁芯的定子槽。
所述补偿模块2包括补偿铁芯201、辅助永磁体202和补偿绕组203，所述补偿铁芯201为两个；每个所述补偿铁芯201呈直角形；所述辅助永磁体202安装在两个所述补偿铁芯201之间，与两个所述补偿铁芯201形成补偿槽；所述补偿绕组203穿过所述补偿槽绕在两个所述补偿铁芯201与所述辅助永磁体202的连接处；所述补偿模块2设置在所述定子1的一侧或两侧，当所述补偿模块2设置在所述定子1的两侧时，在两个所述边端定子铁芯的外侧各设置一个补偿模块2。在本发明的该实施例中，所述补偿模块2设置在所述定子1的一侧，即所述补偿模块2设置在其中一个边端定子铁芯的外侧。
所述动子3包括多个动子齿301；多个所述动子齿301等距排列在所述动子3上；
所述连接块4设置在所述定子1的一端，并嵌在所述定子1与所述补偿模块2之间；所述连接块4由非磁性材料制成，使得定子1与补偿模块2的磁路之间没有耦合，增强了定子1与补偿模块2之间的独立性。并且，定子1与补偿模块2之间的间距可以灵活调节。
本发明在开关磁通直线电机中设置了补偿模块2，并在补偿模块2中设置辅助永磁体202，增加了对力波动的基波的补偿力度，不需要在补偿绕组203中通入直流电流对力波动的基波进行补偿，从而可减少补偿绕组203的损耗。该辅助永磁体202使得补偿模块2在运动时可以产生与力波动的频率相同、相位相同、方向相反的磁阻力，从而可以对力波动进行补偿，有效减少力波动，从而提高开关磁通直线电机的定位精度、提高开关磁通直线电机的可靠性和使用寿命。
所述永磁体103的充磁方向与所述动子3的运动方向平行；相邻的两个所述永磁体103的充磁方向相反。
所述定子槽为全开口或半开口。在本发明的该实施例中，定子槽为全开口。
所述永磁体103的材料包括钕铁硼、钐钴和铁氧体中的至少一种。
两个所述补偿铁芯201的距离与相邻的两个所述动子齿301的距离相等。所述连接块4的宽度与所述定子1产生的力波动的基波的相位相匹配。补偿铁芯201呈直角形，直角形的补偿铁芯201分别为水平部分与竖直部分。水平部分平行于动子3的运动方向，竖直部分垂直于动子3的运动方向。两个所述补偿铁芯201的距离为两个补偿铁芯201的竖直部分中心之间的距离。所述两个动子齿301的距离为两个动子齿中心之间的距离。
两个所述补偿铁芯201的距离与相邻的两个所述动子齿301的距离相等，使得补偿铁芯201的竖直部分与动子齿301正相对时补偿模块2具有最小磁阻，而补偿槽与动子齿301正相对时补偿模块2具有最大磁阻。补偿模块2在运动时产生的磁阻会随时间周期性地在最大磁阻与最小磁阻之间变化，加入辅助永磁体后，补偿模块2在磁阻变化过程中会产生磁阻力，并且磁阻力变化的频率与力波动的基波的频率相等，因此可以对力波动的基波的频率进行补偿。并且调整补偿模块2的位置或调整连接块4的宽度可以调整磁阻力的相位，调整辅助永磁体202的厚度可以调整磁阻力的幅值。因此，通过调整补偿铁芯201之间的距离、补偿模块2的位置(或连接块4的宽度)和辅助永磁体202的厚度可以产生与力波动的基波的频率相等、相位相同和幅值相同的磁阻力，并且该磁阻力的方向与力波动的基波的方向相反，从而实现对力波动的基波的补偿，从而不需要在补偿绕组203中通入直流电流对力波动的基波进行补偿，减少补偿绕组203的损耗。
所述补偿绕组203中通入的电流与所述定子1产生的力波动的二次谐波的相位相匹配。当在所述补偿绕组203中通入与力波动的基波的频率相同的补偿电流时，力波动的基波的频率与磁场的变化频率相同，在该频率下，该力波动的基波电流与磁场相互作用会产生具有二倍频的补偿力，该二倍频的补偿力可以对力波动的二次谐波的频率进行补偿。并且，通过调整补偿电流的大小和相位可以对应调整二倍频补偿力的大小和相位，因此通过调整补偿电流的频率、大小和相位可以实现对力波动的二次谐波的补偿。
图2为本发明开关磁通直线电机实施例中加入辅助永磁体后对力波动的基波进行补偿前后的波形图。图中短虚线表示增加补偿模块之前的力波动的基波波形，长虚线表示补偿模块产生的磁阻力的波形，实线表示增加补偿模块之后的力波动的基波波形。
参见图2，本发明可以产生与力波动的基波幅值相等、频率相等、相位相同且方向相反的磁阻力对力波动基波进行补偿。经过补偿后的力波动的基波接近于0。因此本发明可以极大程度上降低力波动的基波。
图3为本发明开关磁通直线电机实施例中在补偿绕组中通入补偿电流前后产生的力波动的二次谐波的波形图。图中短虚线表示通入补偿电流前的力波动的二次谐波的波形，长虚线表示补偿模块产生的补偿力的波形，实线表示通入补偿电流后的力波动的二次谐波的波形。
参见图3，在补偿绕组203中通入合适的补偿电流之后，产生与力波动的二次谐波的幅值相同、频率相等、相位相等和方向相反的补偿力对力波动的二次谐波进行补偿。经过补偿后的力波动的二次谐波接近于0。因此本发明可以极大程度上降低力波动的二次谐波。
图4为本发明开关磁通直线电机实施例中对力波动进行补偿前后的力波动波形图。图中虚线表示对力波动进行补偿前的力波动的波形图，实线表示对力波动进行补偿后的力波动的波形图。
参见图4，在利用本发明的装置进行补偿前，力波动峰峰值最大为8N，经补偿后力波动峰峰值最大为4N，并且，大多数情况下在2N以下。因此，本发明的装置可以实现极大程度上降低力波动。
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 (8)
1.一种带有补偿模块的永磁直线电机，包括定子(1)和动子(3)，其特征在于，还包括：连接块(4)和补偿模块(2)；
所述连接块(4)设置在所述定子(1)的一端，并嵌在所述定子(1)与所述补偿模块(2)之间；
所述补偿模块(2)包括辅助永磁体(202)、补偿绕组(203)和两个补偿铁芯(201)；每个所述补偿铁芯(201)呈直角形；所述辅助永磁体(202)安装在两个所述补偿铁芯(201)之间，与两个所述补偿铁芯(201)形成补偿槽；所述补偿绕组(203)穿过所述补偿槽绕在两个所述补偿铁芯(201)与所述辅助永磁体(202)的连接处。
2.根据权利要求1所述的一种带有补偿模块的永磁直线电机，其特征在于，所述定子(1)包括：定子铁芯(101)、定子绕组(102)和永磁体(103)；所述定子铁芯(101)、所述定子绕组(102)和所述永磁体(103)均为多个；
多个所述定子铁芯(101)等距排列成一排；每个所述永磁体(103)放置在相邻的两个所述定子铁芯(101)之间；每个所述定子铁芯(101)上均开设一个定子槽；所述定子槽的开口方向朝向所述动子(3)；所述定子槽为全开口或半开口；所述定子绕组(102)穿过相邻的两个所述定子铁芯(101)的定子槽，绕在相邻的两个所述定子铁芯(101)上；位于所述定子边端的所述定子铁芯(101)为边端定子铁芯，每个所述边端定子铁芯的定子槽中穿过一个所述定子绕组(102)，除位于所述定子边端外的所述定子铁芯(101)为内部定子铁芯，每个所述内部定子铁芯的定子槽中穿过两个所述定子绕组(102)。
3.根据权利要求2所述的一种带有补偿模块的永磁直线电机，其特征在于，所述永磁体(103)的充磁方向与所述动子(3)的运动方向平行；相邻的两个所述永磁体(103)的充磁方向相反；所述永磁体(103)的材料包括钕铁硼、钐钴和铁氧体中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种带有补偿模块的永磁直线电机，其特征在于，所述动子(3)包括多个动子齿(301)；多个所述动子齿等距排列在所述动子(3)上。
5.根据权利要求1所述的一种带有补偿模块的永磁直线电机，其特征在于，所述连接块(4)的宽度与所述定子(1)产生的力波动的基波的相位相匹配。
6.根据权利要求1所述的一种带有补偿模块的永磁直线电机，其特征在于，所述补偿绕组(203)中通入的电流与所述定子(1)产生的力波动的二次谐波的相位相匹配。
7.根据权利要求1所述的一种带有补偿模块的永磁直线电机，其特征在于，所述连接块(4)由非磁性材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种带有补偿模块的永磁直线电机，其特征在于，所述补偿模块(2)设置在所述定子(1)的一侧或两侧。
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