CN107332427B - 双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机 - Google Patents

双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机，属电机技术领域。它包括初级组件一、初级组件二和次级组件，初级组件一和初级组件二均由电枢绕组和初级铁心构成。次级组件由永磁体、铁极和背轭构成，永磁体均极性相同，与铁极交替排列，永磁体粘贴在轭板的上下两个表面上，铁极与轭板一体成型。初级组件一和初级组件二位于次级组件的两边，并与次级组件形成两个气隙结构。初级组件一和初级组件二在横向上错开180°电角度，即错开位移S＝kτ(k为奇数，τ为电机的极距)的距离。初级组件一上三相绕组按照A‑B‑C顺序设置在铁心开槽内，初级组件二上三相绕组按照A‑B‑C顺序设置在铁心开槽内，但是初级组件一与初级组件二上同相的绕组绕制方向相反。该结构利于降低电机的推力波动，同时降低单边磁拉力及其波动。

Description

双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机
技术领域
本发明属电机领域，特别涉及到一种双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机。
背景技术
连续极永磁同步直线电机，采用永磁体和铁极交替排列方式构成磁路，永磁体用量仅为常规电机的50％，但是产生的推力不低于其85％，大大提高永磁体的利用率。采用两个初级组件和一个次级组件，能够有效消除单边磁拉力和充分利用体积空间，在动子长度不变的情况下提高一倍推力，具有推力和推力密度大的优点，因此在各种高精度直线直线运动场合具有广泛的应用前景。但是该有槽平板型直线电机，同时具有齿槽效应、端部效应和电枢反应，因此其定位力和推力波动较大，需要进行优化设计，其中双边错齿结构能够有效地抑制推力波动，将双边初级组件在水平方向上错开一定的距离S，该距离可通过进行有限元仿真得到最优值。该方法可以减小定位力和抑制推力波动，但是不能完全消除单边磁拉力，使得次级组件易受振动和变形的影响。
发明内容
本发明为解决已有双初级连续极永磁同步直线电机推力波动大问题，提出一种双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机。
本发明的具体技术方案如下：
双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机，它包括初级组件一1、初级组件二2和次级组件3。初级组件一1由铁心轭1-1、铁心齿1-2和电枢绕组1-3组成。初级组件二2由铁心轭2-1，铁心齿2-2和电枢绕组2-3组成。次级组件3由永磁体3-1、铁极3-2和轭板3-3构成，每一对极下包括两块永磁体和两块铁极，位于轭板3-3两边的永磁体3-1-1和3-1-2的充磁方向相同，铁极3-2-1和铁极3-2-2与轭板3-3一体成型，所有永磁体3-1的充磁方向相同。初级组件一1和初级组件二2位于次级组件3的两边，并与次级组件形成气隙4和气隙5结构。初级组件一1和初级组件二2在横向上错开180°电角度，即错开位移S＝kτ(τ为电机的极距，k为奇数)的距离。初级组件一1上A相绕组1-3-1，B相绕组1-3-2和C相绕组1-3-3按照A-B-C顺序设置在铁心开槽1-4内，初级组件二2上A相绕组2-3-1，B相绕组2-3-2和C相绕组2-3-3按照A-B-C顺序设置在铁心开槽2-4内，绕组1-3与绕组2-3的绕制方向相反。
本发明的优点是：
(1)通过双边错齿180°电角度设计，以及上下初级组件上绕组绕制方向的调整，一方面使上下两个初级组件上同相绕组的电角度完全相同，从而不影响输出推力均值；另一方面调节端部磁场分布，使两个初级组件上各相绕组与端部的相对位置不同，从而调节端部效应对三相绕组不对称性的影响，最终达到抑制推力波动，利于提高控制系统性能的效果。
(2)传统的双边错齿电机(如图6所示)，其原理是类似斜极斜槽原理，双边错开一定距离的设计，虽然能抑制推力波动，但是会导致推力均值下降和单边磁拉力增大。本结构与之不同，电机的推力均值不会下降，且理论上次级上承受的单边磁拉力为0。
附图说明
图1为实施方式一双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机。
图2为初级组件一的结构示意图。
图3为初级组件二的结构示意图。
图4为次级组件的结构示意图。
图5为次级组件上一对永磁体-铁极的结构示意图。
图6为传统双边错齿连续极永磁同步直线电机结构示意图。
图中，1：初级组件一；2：初级组件二；3：次级组件；4：气隙；5：气隙；1-1：初级组件一上铁心轭；1-2：初级组件一上铁心齿；1-3：初级组件一上电枢绕组；2-1：初级组件二上铁心轭；2-2：初级组件二上铁心齿；2-3：初级组件二上电枢绕组；3-1：永磁体；3-2：铁极；3-3：轭板；1-3-1：初级组件一上A相绕组；1-3-2：初级组件一上B相绕组；1-3-3：初级组件一上C相绕组；2-3-1：初级组件二上A相绕组；2-3-2：初级组件二上B相绕组；2-3-3：初级组件二上C相绕组；3-1-1：永磁体；3-1-2：永磁体；3-2-1：铁极；3-2-2：铁极
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明
实施方式一：
如图1、2、3、4、5所示，本实施例为双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机，其极槽配合为10极12槽结构。双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机，它包括初级组件一1、初级组件二2和次级组件3。初级组件一1由铁心轭1-1、铁心齿1-2和电枢绕组1-3组成。初级组件二2由铁心轭2-1，铁心齿2-2和电枢绕组2-3组成。次级组件3由永磁体3-1、铁极3-2和轭板3-3构成，每一对极下包括两块永磁体和两块铁极，位于轭板3-3两边的永磁体3-1-1和3-1-2的充磁方向相同，铁极3-2-1和铁极3-2-2与轭板3-3一体成型，所有永磁体3-1的充磁方向相同。初级组件一1和初级组件二2位于次级组件3的两边，并与次级组件形成气隙4和气隙5结构。永磁体发出的磁通，经初级组件1、初级组件2、次级组件3及气隙4和气隙5形成串联磁路。
初级组件一1和初级组件二2在横向上错开180°电角度，即错开位移S＝kτ(τ为电机的极距，k为奇数)的距离。
初级组件一1上，A相绕组1-3-1设置在第1-第3个槽1-4内，绕组采用集中绕组结构，第一个槽为半填槽；B相绕组1-3-2设置在第3-第5个槽内；C相绕组1-3-2设置在第5-第7个槽内；第1-第7个槽内绕组形成一个单元电机绕组结构；第二个单元电机的绕组设置在第7-第13个槽内，绕组相序与第一个单元电机完全相同，绕组绕制方向与第一个单元电机的绕组绕制方向完全相反。
初级组件二2上，绕组相序与初级组件一1的完全相同，但是绕组2-3与绕组1-3的绕制方向完全相反。
该结构抑制推力波动的原理为：通过双边错齿结构，调节初级组件端部磁场分布；通过初级组件一1和初级组件二2上绕组绕制方向的不同设置，一方面确保同相位绕组的相角相同，另一方面使各相绕组与端部的相位位置不同，使初级组件一1的端部效应和初级组件二2的端部效应对各相绕组的影响相互削弱，从而改善直线电机三相绕组不对称现象。综合这两方面作用，最终起到抑制推力波动的效果。

Claims (1)

1.双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机，它包括初级组件一(1)、初级组件二(2)和次级组件(3)；初级组件一(1)由铁心轭(1-1)、铁心齿(1-2)和电枢绕组(1-3)组成；初级组件二(2)由铁心轭(2-1)，铁心齿(2-2)和电枢绕组(2-3)组成；次级组件(3)由永磁体(3-1)、铁极(3-2)和轭板(3-3)构成，每一对极下包括两块永磁体和两块铁极，位于轭板(3-3)两边的永磁体(3-1-1)和(3-1-2)的充磁方向相同，铁极(3-2-1)和铁极(3-2-2)与轭板(3-3)一体成型，所有永磁体(3-1)的充磁方向相同；初级组件一(1)和初级组件二(2)位于次级组件(3)的两边，并与次级组件形成气隙(4)和气隙(5)结构；初级组件一(1)和初级组件二(2)在横向上错开180°电角度，即错开位移S＝kτ的距离，τ为电机的极距，k为奇数；初级组件一(1)上A相绕组(1-3-1)，B相绕组(1-3-2)和C相绕组(1-3-3)按照A-B-C顺序设置在铁心开槽(1-4)内，初级组件二(2)上A相绕组(2-3-1)，B相绕组(2-3-2)和C相绕组(2-3-3)按照A-B-C顺序设置在铁心开槽(2-4)内，绕组(1-3)与绕组(2-3)的绕制方向相反。
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