CN108462359A - 一种次级分段式永磁同步直线电机 - Google Patents

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谭强
李立毅
黄旭珍
王明义
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    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
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Abstract

本发明提供一种次级分段式永磁同步直线电机，属电机技术领域。电机包括初级组件和次级组件。初级组件用作定子，由初级铁芯和电枢绕组构成，纵向长度远大于次级组件。初级铁芯上开槽，槽内设置电枢绕组。次级组件用作动子，由永磁体、次级铁芯和隔磁区域构成。次级铁芯等分为两段，每段铁芯与表贴或内嵌于铁芯上的永磁体构成独立的单元模块，两个单元模块间距离为S＝(k±1/2)τs，式中k为整数，τs为电机初级铁芯槽距。两个单元模块间设置有隔磁区域。初级组件和次级组件之间为气隙。该结构利于抑制电机的端部效应和齿槽效应，降低电机的推力波动。

Description

一种次级分段式永磁同步直线电机
技术领域
本发明属于电机领域，特别涉及一种次级分段式永磁同步直线电机。
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。
对于直线电机而言，在实际应用时，需要将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。因此，直线电机可以是短初级长次级形式，也可以是长初级短次级形式。相较于短初级长次级形式，长初级短次级形式电机的次级(动子)质量轻，定位力小，适用于高速高精度应用场合。然而，采用长初级短次级形式的直线电机仍然存在端部效应，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。
发明内容
本发明为解决已有长初级短次级永磁同步直线电机推力波动大的问题，提出一种次级分段式永磁同步直线电机。本发明的具体技术方案如下：
本发明提供一种次级分段式永磁同步直线电机，包括初级组件和次级组件。初级组件用作定子，由初级铁芯(1)和电枢绕组(2)构成，初级组件的纵向长度远大于次级组件。初级铁芯(1)上开槽，开槽后铁芯分为齿部(1-1)与轭部(1-2)，槽内设置电枢绕组(2)，电枢绕组(2)可以采用集中式，也可以采用分布式。
次级组件用作动子，由永磁体(4)、次级铁芯(3)和隔磁区域(5)构成。永磁体(4)可以为表贴式，也可以为内嵌式，相邻两块永磁体充磁方向相反。次级铁芯(3)等分为两段，每段铁芯(3)与表贴或内嵌于铁芯上的永磁体(4)构成独立的单元模块(7、8)，两个单元模块(7、8)间距离为S＝(k±1/2)τs，式中k为整数，τs为电机初级铁芯槽距。两个单元模块(7、8)间设置有隔磁区域(5)，隔磁区域(5)可以为气隙，也可以设置为非导磁材料连接件。次级组件中的单元模块与初级组件可以组成单元电机，单元电机的电枢绕组磁链是三相对称的。初级组件和次级组件之间为气隙(6)。
本发明的进一步设计在于：
次级组件任一单元模块中永磁体(4)的极性可以与另一单元模块中对应位置处永磁体(4)的极性相同，也可以与相邻单元模块对应位置处永磁体(4)的极性相反。通过永磁体(4)极性的灵活设计，进一步降低隔磁区域(5)的宽度，提高电机的推力密度。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
(1)通过次级分段式设计，使两个单元电机的定位力波形互差180o电角度(一个槽距表示360o电角度)，定位力波形中的基波和奇数次谐波含量得到抵消，从而将电机总定位力抑制到较低水平；
(2)通过次级分段式设计，抑制次级端部效应对电枢磁链的影响，降低电机电枢磁链的三相不对称性。
附图说明
图1为本发明实施方式一模块化短次级永磁同步直线电机结构示意图。
图2为本发明实施方式二模块化短次级永磁同步直线电机结构示意图。
图3为本发明实施方式三模块化短次级永磁同步直线电机结构示意图。
图中，1-1：初级铁芯齿部；1-2：初级铁芯轭部；2：电枢绕组；3：次级铁芯；4：永磁体；5：隔磁区域；6：气隙；7：次级组件单元模块一；8：次级组件单元模块二
具体实施方式
实施方式一：
如图1所示，模块化短次级永磁同步直线电机采用6槽8极结构，包括初级组件和次级组件。初级组件用作定子，由初级铁芯(1)和电枢绕组(2)构成，初级组件的纵向长度远大于次级组件。由硅钢片叠制而成的初级铁芯(1)上开槽，开槽后铁芯分为齿部(1-1)与轭部(1-2)，槽内设置电枢绕组(2)，电枢绕组(2)采用双层集中式，线圈按照A-X-B-Y-C-Z顺序连接。
次级组件用作动子，由永磁体(4)、次级铁芯(3)和隔磁区域(5)构成。永磁体(4)沿法向充磁，相邻两块永磁体(4)充磁方向相反，表贴于次级铁芯(3)。次级铁芯(3)等分为两段，中间设置有由气隙构成的隔磁区域(5)。每段铁芯(3)与表贴于铁芯上的永磁体(4)构成独立的单元模块(7、8)，两个单元模块(7、8)中次级铁芯(3)的尺寸是相同的，永磁体(4)的尺寸和数量也是相同的。两个单元模块(7、8)间距离为S＝9τs/2，隔磁区域(5)宽度为3τs/2，式中τs为电机初级铁芯槽距。次级组件中的单元模块与初级组件可以组成3槽4极的单元电机，单元电机的电枢绕组磁链是三相对称的。两个单元模块(7、8)中对应位置处永磁体(4)的极性是相同的，即两个单元模块(7、8)中永磁体(4)都是按照N-S-N-S顺序排列。初级组件和次级组件之间为气隙(6)。
通过次级模块化设计，两个单元电机定位力波形互差180o电角度(一个槽距表示360o电角度)，定位力波形中的基波和奇数次谐波含量得到抵消，因而电机总定位力得到大幅下降。
实施方式二：
本实施例与实施例一的区别是：如图2所示，单元模块二(8)中永磁体(4)的极性与单元模块一(7)中相对应位置处永磁体(4)的极性相反。单元模块一(7)中永磁体(4)按照N-S-N-S顺序排列，单元模块二(8)中永磁体(4)按照S-N-S-N顺序排列。次级组件中相邻单元模块(7、8)间距离为S＝7τs/2，隔磁区域(5)宽度为τs/2。
实施方式三：
本实施例与实施例一的区别是：如图3所示，电机永磁体(4)采用内嵌式结构，永磁体(4)沿纵向充磁，与次级铁芯(3)相间分布。
应当指出的是，上述具体实施案例仅为本发明较为典型的实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。在本发明的启示下，本领域的普通技数人员对本发明做等效替换和改进获得的技术方案，都应当属于本发明的保护范畴。

Claims (4)

1.一种次级分段式永磁同步直线电机，包括初级组件和次级组件。初级组件用作定子，由初级铁芯(1)和电枢绕组(2)构成。初级组件的纵向长度远大于次级组件。初级铁芯上开槽，开槽后铁芯分为齿部(1-1)与轭部(1-2)，槽内设置电枢绕组(2)。次级组件用作动子，由永磁体(4)、次级铁芯(3)和隔磁区域(5)构成。永磁体(4)可以为表贴式，也可以为内嵌式，相邻两块永磁体(4)充磁方向相反。次级铁芯(3)等分为两段，每段铁芯(3)与表贴或内嵌于铁芯上的永磁体(4)构成独立的单元模块(7、8)，两个单元模块(7、8)间距离为S＝(k±1/2)τs，式中k为整数，τs为电机初级铁芯槽距。两个单元模块间设置有隔磁区域(5)。初级组件和次级组件之间为气隙(6)。
2.根据权利要求1所述的一种次级分段式永磁同步直线电机，其特征在于：次级组件中的单元模块可以与初级组件组成单元电机，单元电机的电枢绕组磁链是三相对称的。
3.根据权利要求1所述的一种次级分段式永磁同步直线电机，其特征在于：次级组件任一单元模块中永磁体(4)的极性可以与另一单元模块中对应位置处永磁体(4)的极性相同，也可以与另一单元模块中对应位置处永磁体(4)的极性相反。
4.根据权利要求1所述的一种次级分段式永磁同步直线电机，其特征在于：次级组件中两个单元模块间的隔磁区域(5)可以为气隙，也可以设置为非导磁材料连接件。
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