CN107070168A - 连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及圆筒型直线电机领域，特别涉及一种连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机。电机由上至下依次设置为外初级层、次级层、内初级层和非导磁轴，所述次级层包括若干组同轴设置径向均匀充磁的永磁体、磁障和铁极，每组的磁障位于永磁体与铁极之间，使永磁体与铁极呈相间分布；所述外初级层和内初级层均采用无槽结构；所述外初级层包含有圆筒型的外初级铁芯背轭和外层绕组；所述内初级层包含有的圆筒型的内初级铁芯背轭和内层绕组。本发明采用双电枢无槽结构，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，提高了电机的体积利用率和绕组利用率，同时不含有齿槽效应，有利于降低电机的推力波动。
Description
技术领域
本发明涉及圆筒型直线电机领域，特别涉及一种连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机。
背景技术
以直线电机为主体的直驱系统在高精密加工装备、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。而在各种直线电机拓扑中，无槽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、无齿槽效应、不存在单边磁拉力等优点。
对圆筒型直线电机来说，要使得电机输出更大的推力，通常需要增大气隙外径，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，稀土永磁体价格较贵，使得电机的成本增加，为了提高永磁同步直线电机的经济实用性，需要提高永磁体的利用率，以尽量少的永磁体获得尽量大的推力。
发明内容
本发明在于提供一种推力性能好、永磁体利用率高、次级质量轻的连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机。
本发明的具体技术方案如下：一种连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机，电机由上至下依次设置为外初级层、次级层、内初级层和非导磁轴，所述次级层包括若干组同轴设置径向均匀充磁的永磁体、磁障和铁极，每组的磁障位于永磁体与铁极之间，使永磁体与铁极呈相间分布；所述外初级层和内初级层均采用无槽结构；所述外初级层包含有圆筒型的外初级铁芯背轭和外层绕组；所述内初级层包含有的圆筒型的内初级铁芯背轭和内层绕组；所述的内层绕组与外层绕组中线圈连接顺序相同。
优选方案如下：
当电机采用外初级层或内初级层的轴向长度长于次级层的轴向长度时，次级层沿轴向的两端则均设置为铁极；当电机采用外初级层或内初级层的轴向长度短于次级层的轴向长度时，次级层沿轴向的两端均设置为永磁极或均设置为铁极。
当电机采用外初级层或内初级层的轴向长度短于次级层的轴向长度时，且次级层的轴向有效长度小于两倍的外初级层或内初级层轴向长度时，次级层的轴向方向上一端永磁体的充磁方向与另一端的充磁方向相反，以削弱端部效应。
当在永磁体的轴向方向上，两端的充磁方向相同时，则永磁体的轴向宽度大于铁极的轴向宽度，磁障的轴向宽度大于外层绕组或内层绕组的径向厚度。
内初级铁芯背轭与外初级铁芯背轭沿轴向错开一定相位，以削弱端部效应。
外层绕组或内层绕组采用单层单极性或单层双极性结构中的一种。
根据实际应用的需求，可以将外初级层和内初级层用作定子，次级层用作动子，也可以将外初级层和内初级层用作动子，次级层用作定子。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：本发明采用双电枢无槽结构，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，提高了电机的体积利用率和绕组利用率，同时不含有齿槽效应，有利于降低电机的推力波动。次级采用内嵌式连续极磁级结构，通过永磁体、铁极和磁障的配合使用，大幅度减少了永磁体用量，提高了永磁体的利用率，同时降低了次级质量，从而在降低电机加工成本的同时提高电机的综合性能。
附图说明
图1是本发明的实施例一结构示意图。
图2是本发明的实施例二结构示意图。
图3是本发明的实施例三结构示意图。
图4是本发明的实施例四结构示意图。
图5是本发明的实施例五结构示意图。
图中，1.1-外初级铁芯背轭，1.2-内初级铁芯背轭，2.1-永磁体，2.2-铁极，2.3-磁障，3.1-外层绕组，3.2-内层绕组，4-非导磁轴。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。
一种连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机，电机由上至下依次设置为外初级层、次级层、内初级层和非导磁轴4，所述次级层包括若干组同轴设置径向均匀充磁的永磁体2.1、磁障2.3和铁极2.2，每组的磁障2.3位于永磁体2.1与铁极2.2之间，使永磁体2.1与铁极2.2呈相间分布；所述外初级层和内初级层均采用无槽结构；所述外初级层包含有圆筒型的外初级铁芯背轭1.1和外层绕组3.1；所述内初级层包含有的圆筒型的内初级铁芯背轭1.2和内层绕组3.2；所述的内层绕组3.2与外层绕组3.1中线圈连接顺序相同。
当电机采用外初级层或内初级层的轴向长度长于次级层的轴向长度时，次级层沿轴向的两端则均设置为铁极2.2；当电机采用外初级层或内初级层的轴向长度短于次级层的轴向长度时，次级层沿轴向的两端均设置为永磁极2.1或均设置为铁极2.2。
当电机采用外初级层或内初级层的轴向长度短于次级层的轴向长度时，且次级层的轴向有效长度小于两倍的外初级层或内初级层轴向长度时，次级层的轴向方向上一端永磁体2.1的充磁方向与另一端的充磁方向相反，以削弱端部效应。
当在永磁体2.1的轴向方向上，两端的充磁方向相同时，则永磁体2.1的轴向宽度大于铁极2.2的轴向宽度，磁障2.3的轴向宽度大于外层绕组3.1或内层绕组3.2的径向厚度。
内初级铁芯背轭1.2与外初级铁芯背轭1.1沿轴向错开一定相位，以削弱端部效应。
外层绕组3.1或内层绕组3.2采用单层单极性或单层双极性结构中的一种。
根据实际应用的需求，可以将外初级层和内初级层用作定子，次级层用作动子，也可以将外初级层和内初级层用作动子，次级层用作定子。
实施例1：
结合图1说明本实施方式。
外初级层和内初级层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。外层绕组3.1和内层绕组3.2的分布方式是集中绕组，外初级层和内初级层浅槽内放置一个轴向分布的饼状绕组线圈。外层绕组3.1和内层绕组3.2采用单层双极性方式，即图1中的AXBYCZ顺序连接，内层绕组3.2与外层绕组3.1中线圈连接顺序相同。
永磁体2.1沿径向充磁，两端充磁方向相同，同为N极或S极，为简化充磁工艺，可以将永磁体2.1沿轴向分为“瓦片状”后进行充磁。铁极2.2由硅钢片沿轴向叠置而成，硅钢片沿轴向开数个浅槽。磁障2.3轴向宽度大于外层绕组3.1和内层绕组3.2的径向厚度，可以是空气，也可以是其他非导磁材料。
非导磁轴4为筒状轴，采用非导磁材料制成，可以减小漏磁和内部磁阻力，简化安装工艺，增强电机的稳定性。
实施例2：
结合图2说明本实施方式。
如图2所示，实施例2与实施例1的区别在于，电机采用外初级层或内初级层的轴向长度长于次级层的轴向长度，次级层沿轴向的两端则均设置为铁极2.2。采用该结构可以进一步减小端部效应的影响，从而有利于提高电机的推力性能。
实施例3：
结合图3说明本实施方式。
如图3所示，实施例3与实施例1的区别在于，电机采用外初级层或内初级层的轴向长度短于次级层的轴向长度，次级层的轴向有效长度小于两倍的外初级层或内初级层轴向长度时，次级层的轴向方向上一端永磁体2.1的充磁方向与另一端的充磁方向相反，以削弱端部效应。所述的有效长度指的是次级层在外初级层或内初级层的有效磁力作用的长度。
实施例4：
结合图4说明本实施方式。
如图4所示，实施例4与实施例1的区别在于，内初级铁芯背轭1.2与外初级铁芯背轭1.1沿轴向错开一定相位，以削弱端部效应。
实施例5：
结合图5说明本实施方式。
如图5所示，实施例5与实施例1的区别在于，外层绕组3.1和内层绕组3.2采用单层单极性方式，即ABCBC顺序连接，同样可以削弱端部效应。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机，电机由上至下依次设置为外初级层、次级层、内初级层和非导磁轴（4），其特征在于：所述次级层包括若干组同轴设置径向均匀充磁的永磁体（2.1）、磁障（2.3）和铁极（2.2），每组的磁障（2.3）位于永磁体（2.1）与铁极（2.2）之间，使永磁体（2.1）与铁极（2.2）呈相间分布；所述外初级层和内初级层均采用无槽结构；所述外初级层包含有圆筒型的外初级铁芯背轭（1.1）和外层绕组（3.1）；所述内初级层包含有的圆筒型的内初级铁芯背轭（1.2）和内层绕组（3.2）；所述的内层绕组（3.2）与外层绕组（3.1）中线圈连接顺序相同。
2.根据权利要求1所述的连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机，其特征在于：当电机采用外初级层或内初级层的轴向长度长于次级层的轴向长度时，次级层沿轴向的两端则均设置为铁极（2.2）；当电机采用外初级层或内初级层的轴向长度短于次级层的轴向长度时，次级层沿轴向的两端均设置为永磁极（2.1）或均设置为铁极（2.2）。
3.根据权利要求1所述的连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机，其特征在于：当电机采用外初级层或内初级层的轴向长度短于次级层的轴向长度时，且次级层的轴向有效长度小于两倍的外初级层或内初级层轴向长度时，次级层的轴向方向上一端永磁体（2.1）的充磁方向与另一端的充磁方向相反，以削弱端部效应。
4.根据权利要求1所述的连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机，其特征在于：当在永磁体（2.1）的轴向方向上，两端的充磁方向相同时，则永磁体（2.1）的轴向宽度大于铁极（2.2）的轴向宽度，磁障（2.3）的轴向宽度大于外层绕组（3.1）或内层绕组（3.2）的径向厚度。
5.根据权利要求1所述的连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机，其特征在于：内初级铁芯背轭（1.2）与外初级铁芯背轭（1.1）沿轴向错开一定相位，以削弱端部效应。
6.根据权利要求1所述的连续极双电枢无槽圆筒型永磁同步直线电机，其特征在于：外层绕组（3.1）或内层绕组（3.2）采用单层单极性或单层双极性结构中的一种。
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