CN107493004A - 一种模块化圆筒型永磁同步直线电机 - Google Patents

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黄旭珍
谭强
李静
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type

Abstract

本发明提供一种模块化圆筒型永磁同步直线电机，属电机技术领域。电机包括初级组件、次级组件和轴。初级组件分为3m(m为正整数)个模块，每个模块均由初级铁心和电枢绕组构成。初级铁心包括背轭和端部齿，形成大槽结构，电枢绕组设置在大槽内。次级组件由永磁体和铁芯相间分布而成。初级组件和次级组件之间为气隙。相邻两个初级模块之间设置有隔磁区域，相邻两个初级模块上绕组的设置顺序不同。该结构利于抑制端部效应，降低推力波动，改善永磁同步直线电机三相绕组不对称性，同时一定程度上保证了电机的推力密度。

Description

一种模块化圆筒型永磁同步直线电机
技术领域
本发明属电机领域，特别涉及到一种模块化圆筒型永磁同步直线电机。
背景技术
基于直线电机的直接传动技术，省去了中间复杂传动机构，已在机床、电梯等直线运动场合应用，而且其应用领域正逐渐扩大到生产及生活的各领域。永磁同步直线电机，具有结构简单可靠，推力及推力密度高的优点，因此在各种高精度直线运动控制场合具有广泛的应用前景。不同于旋转电机，直线电机的铁心存在端部，端部效应导致磁场谐波分量增大，引起定位力和推力波动增大，因此，减小永磁同步直线电机的定位力和推力波动成为此类电机研究及应用中必须解决的问题。已有的永磁同步直线电机，常采用无槽结构来抑制推力波动，但是无槽结构使电机的推力密度下降，限制了其应用推广。
发明内容
本发明为解决已有永磁同步直线电机推力波动大以及无槽永磁同步直线电机推力密度低的问题，提出一种模块化圆筒型永磁同步直线电机。
本发明的具体技术方案如下：
本发明提供一种模块化圆筒型永磁同步直线电机，包括初级组件、次级组件和轴(9)。初级组件由3m个初级模块(m为正整数)组成，每个初级模块均由初级铁心(4)和电枢绕组(5)构成。初级铁心包括背轭(4-1)和端部齿(4-2)，形成大槽结构，大槽内分为若干个虚槽，电枢绕组(5)放置在虚槽内。相邻两个初级模块之间设置有隔磁区域(6)。所述次级组件由铁芯(7)和永磁体(8)相间分布而成。轴(9)设置在次级组件内圆。初级组件和次级组件之间为气隙。
根据极槽配合的不同选择隔磁区域(6)与相邻两个端部齿的总宽度S，S＝(k+1/3)τ或S＝(k+2/3)τ(k为整数，τ为电机的极距)。当S＝(k+1/3)τ时，相邻模块之间的电角度为60°；当S＝(k+2/3)τ时，相邻模块之间的电角度为120°。将相应电角度代入各虚槽电势矢量星型图中，确定各模块间绕组连接顺序。
初级模块间的隔磁区域(6)可以为气隙，也可以设置为非导磁材料连接件。
本发明的进一步设计在于：
初级铁芯端部齿(4-2)的高度小于等于绕组(5)的高度，通过调节初级模块端部齿的高度来进一步优化电机的推力特性。
本发明的优点是：
(1)通过初级铁芯模块化设置，改变各相绕组与端部的相对位置，从而降低端部效应对各相绕组的影响，降低端部效应引起的三相绕组不对称性，最终实现减小电机推力波动，改善永磁同步直线电机系统控制性能的目的；
(2)与已有的无槽圆筒型永磁同步直线电机相比，初级模块端部设置铁芯齿，形成大槽结构，利于提高平均推力，同时进一步在抑制端部效应，降低电机的推力波动。选用12槽4极结构时，本发明电机输出平均推力较原电机提高40％以上。
附图说明
图1为本发明实施方式一模块化圆筒型永磁同步直线电机结构示意图。
图2为本发明实施方式一每个模块初级铁心结构示意图。
图3为本发明实施方式二模块化圆筒型永磁同步直线电机结构示意图。
图4为本发明实施方式三模块化圆筒型永磁同步直线电机结构示意图。
图中，1：初级模块一；2：初级模块二；3：初级模块三；4：初级铁心；4-1：初级模块铁心背轭；4-2：初级模块端部铁心齿；5：绕组线圈；6：初级模块间隔磁区域；7：次级铁心；8：次级永磁体；9：轴
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和2所示，模块化圆筒型永磁同步直线电机采用12槽4极结构，它包括初级组件，次级组件和轴(9)。初级组件包括初级模块一(1)、初级模块二(2)和初级模块三(3)，每个模块均由初级铁心(4)和电枢绕组(5)构成，初级铁心包括硅钢片叠制而成的背轭(4-1)和端部齿(4-2)，形成大槽结构，大槽内分为若干个虚槽，电枢绕组(5)设置在虚槽内，虚槽中间设置有支撑结构。相邻两个初级模块之间设置有隔磁区域(6)，可以为气隙，也可以设置非导磁材料连接件。隔磁区域(6)与相邻两个端部齿的总宽度S＝τ/3(τ为电机的极距)，相邻模块之间的电角度为60°，将相应电角度代入各虚槽电势矢量星型图中，确定各模块间绕组连接顺序。初级模块一中绕组线圈顺序为A-Z-B-X，初级模块二中绕组线圈顺序为Y-A-Z-B，初级模块三中绕组线圈顺序为C-Y-A-Z，三相中每相绕组均含有两个线圈靠近端部齿，因此实现了空间上的对称分布，消除了电感不对称现象。
次级组件由铁芯(7)和永磁体(8)相间分布而成。永磁体轴向充磁，相邻两块永磁体充磁方向相反。
轴(9)设置在次级组件内圆，由非导磁材料构成。
实施方式二：
本实施例与实施例一的区别是：如图3所示，初级模块端部齿高h2小于实施例一中的初级模块端部齿高h1，通过进一步优化初级端部齿的高度能够抑制电机的推力波动。
实施方式三：
本实施例与实施例一的区别是：电机采用18槽6极结构，隔磁区域(6)与相邻两个端部齿的总宽度S＝2τ/3(τ为电机的极距)。初级模块一中绕组线圈顺序为A-Z-B-X-C-Y，初级模块二中绕组线圈顺序为B-X-C-Y-A-Z，初级模块三中绕组线圈顺序为C-Y-A-Z-B-X。

Claims (4)

1.一种模块化圆筒型永磁同步直线电机，包括初级组件、次级组件和轴。所述初级组件由3m个初级模块(m为正整数)组成，每个初级模块均由初级铁心(4)和电枢绕组(5)构成。初级铁心包括背轭(4-1)和端部齿(4-2)，形成大槽结构，大槽内分为若干个虚槽，电枢绕组线圈放置在虚槽内。相邻两个初级模块之间设置有隔磁区域(6)。所述次级组件由铁芯(7)和永磁体(8)相间分布而成。轴(9)设置在次级组件内圆。初级组件和次级组件之间为气隙。
2.根据权利要求1所述的一种模块化圆筒型永磁同步直线电机，其特征在于：根据极槽配合的不同选择隔磁区域(6)与相邻两个端部齿的总宽度S，S＝(k+1/3)τ或S＝(k+2/3)τ(k为整数，τ为电机的极距)。当S＝(k+1/3)τ时，相邻模块之间的电角度为60°；当S＝(k+2/3)τ时，相邻模块之间的电角度为120°。将相应电角度代入各虚槽电势矢量星型图中，确定各模块间绕组连接顺序。
3.根据权利要求1所述的一种模块化圆筒型永磁同步直线电机，其在特征在于：初级模块间的隔磁区域(6)可以为气隙，也可以设置为非导磁材料连接件。
4.根据权利要求1所述的一种模块化圆筒型永磁同步直线电机，其在特征在于：初级铁芯端部齿(4-2)的高度小于等于绕组(5)的高度。
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