CN108880183A - 一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机，第一段初级组件包括第一段初级铁芯和第一段电枢绕组，第二段初级组件包括第二段初级铁芯和第二段电枢绕组，第一段、第二段初级组件均采用无槽结构，第一段、第二段电枢绕组分别固定在第一段、第二段初级铁芯中；次级组件由次级铁芯和永磁体构成；第一段、第二段初级组件和次级组件之间均存在气隙，两段初级组件之间设置有隔磁桥，第一段初级铁芯和隔磁桥长度和为(K+α)*τ，K为正整数，τ为电机的极距，α为隔磁桥宽度系数，且0＜α≤0.5；第二段电枢绕组的始端和末端据不同的α值，采用不同宽度的绕组线圈，绕组相位也需根据α的取值进行调整。此种电机结构有利于减小边端效应引起的定位力和推力波动。

Description

一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，特别涉及一种两段式模块化无槽圆筒型永磁直线电机。

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。

已有的模块化直线电机结构中，初级通常通过隔磁桥，或者不同的槽宽等设计，使初级被分成三段或者多段结构。当分段较多时，一方面使电机的结构比较离散，另一方面隔磁桥占用的空间大，使得电机的有效体积增大，不利于推力密度的提高。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种两段式模块化无槽圆筒型永磁直线电机，其体积质量小，可提高推力密度，有利于减小边端效应引起的定位力和推力波动。。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机，包括两段式初级组件和次级组件，第一段初级组件包括第一段初级铁芯和第一段电枢绕组，第二段初级组件包括第二段初级铁芯和第二段电枢绕组，第一段、第二段初级组件均采用无槽结构，第一段、第二段电枢绕组分别固定在第一段、第二段初级铁芯中；次级组件由次级铁芯和永磁体构成；第一段、第二段初级组件和次级组件之间均存在气隙，两段初级组件之间设置有隔磁桥，第一段初级铁芯和隔磁桥长度和为(K+α)*τ，K为正整数，τ为电机的极距，α为隔磁桥宽度系数，且0＜α≤0.5；第二段电枢绕组的相位与第一段电枢绕组的相位不同，第二段电枢绕组的始端和末端根据不同的α值，采用不同宽度的绕组线圈。

α的取值为1/3≤α≤0.5，第二段电枢绕组的始端和末端分别采用宽度(2/3-α)*τ和(α-1/3)*τ的线圈，匝数和宽度成正比，且第二段电枢绕组始端线圈的相位与第一段电枢绕组始端线圈的相位相差60°。

α的取值为0<α<1/3，第二段电枢绕组的始端和末端分别采用宽度(1/3-α)*τ和α*τ的半线圈，匝数和宽度成正比，且第二段电枢绕组始端半线圈的相位与第一段电枢绕组始端线圈的相位相同。

上述第一段、第二段初级铁芯均为筒型结构。

上述第一段电枢绕组为60°相带绕组线圈，按A-Z-B-X-C-Y顺序排列构成。

上述第一段初级组件和第二段初级组件的两端还设有端部附加齿。

上述第一段初级组件和第二段初级组件的长度分别为L₁和L₂，两者相差ΔL＝∣L₁-L₂∣，ΔL＝Mτ，M为整数。

采用上述方案后，本发明的优点是：

1、本发明的两段式无槽圆筒型永磁直线电机，两段初级组件上定位力基波及奇数次谐波含量可以相互抵消，从而大幅度降低定位力和推力波动。较之于传统三段式模块化结构，可以减小隔磁桥空间体积，从而利于提高推力密度。

2、本发明的两段式无槽圆筒型永磁直线电机，通过每个初级组件端部铁心齿结构设计，提高平均推力，同时避免无槽绕组应力变形，提高绕组可靠性；

3、本发明的两段式无槽圆筒型永磁直线电机，两段初级组件可以设计为不同长度，两段初级可以独立控制，从而满足特殊负载工况需要，如当在轻载状态时，采用单段绕组供电，当在高负载工况时，两段绕组同时供电。此外，当某段初级上绕组出现故障时，可以切换至单段初级通电工作状态，从而提高可靠性。

附图说明

图1是本发明实施方式一两段式无槽圆筒型永磁直线电机的结构示意图；

图2是当1/3≤α≤0.5时RZ坐标系下两段式初级二维结构示意图；

图3是本发明实施方式二当0<α<1/3时RZ坐标系下两段式初级二维结构示意图；

图4是本发明实施方式三带端部齿结构的两段式无槽圆筒型永磁直线电机的结构示意图；

图5是本发明实施方式四初级长度不等的两段式无槽圆筒型永磁直线电机的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

实施方式一：

如图1和图2所示，本发明提供一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机，包括两段式初级组件和次级组件。初级组件由第一段初级铁芯1-1、第二段初级铁芯1-2、电枢绕组3-1和电枢绕组3-2组成。初级组件采用无槽结构，电枢绕组3-1和电枢绕组3-2分别固定在筒型初级铁芯1-1和筒型初级铁芯1-2内圆。次级组件由次级铁芯4和永磁体5构成。初级组件和次级组件之间为气隙6。两段初级结构之间设置有隔磁桥2。第一段初级铁芯和隔磁桥长度和为(K+α)*τ(K为正整数，τ为电机的极距，1/3≤α≤0.5)。第一段初级铁芯的电枢绕组3-1为60°相带绕组线圈如按A-Z-B-X-C-Y顺序排列构成。第二段初级铁芯的电枢绕组3-2的始端线圈3-2-1宽度为W1＝(2/3-α)τ，末端线圈3-2-2宽度为为W2＝(α-1/3)τ，线圈的匝数和宽度成正比。第二段初级上始端线圈3-2-1的相位与第一段初级上始端线圈3-1-1的相位相差60°。

每段初级组件端部始端线圈和末端线圈的宽度可以不同于中间线圈的原理在于：圆环形线圈单个有效导体可以位于同一个槽内，而且可以认为电流流入导体的面与流出导体的面重合，因此可以根据需要，将圆环形线圈设置为不同的宽度，如0.5个线圈。

实施方式二：

本实施例与实施方式一的区别是：如图3所示，第一段初级铁芯和隔磁桥长度和为(K+α)*τ(K为正整数，0<α<1/3，τ为电机的极距)，第二段电枢绕组的始端和末端分别为宽度W1＝(1/3-α)τ和W2＝α*τ的线圈。第二段初级上始端线圈3-2-1的相位与第一段初级上始端线圈3-1-1的相位相同。

实施方式三：

本实施方式与实施方式一的区别是：如图4所示，在第一段初级组件和第二段初级组件的两端增设端部附加齿8。

实施方式四：

本实施方式与实施方式一的区别是：如图5所示，第一段初级组件和第二段初级组件的长度分别为L₁和L₂，L₁和L₂不相等，两者相差ΔL＝∣L₁-L₂∣，ΔL＝Mτ，M为正整数。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机，其特征在于：包括两段式初级组件和次级组件，第一段初级组件包括第一段初级铁芯和第一段电枢绕组，第二段初级组件包括第二段初级铁芯和第二段电枢绕组，第一段、第二段初级组件均采用无槽结构，第一段、第二段电枢绕组分别固定在第一段、第二段初级铁芯中；次级组件由次级铁芯和永磁体构成；第一段、第二段初级组件和次级组件之间均存在气隙，两段初级组件之间设置有隔磁桥，第一段初级铁芯和隔磁桥长度和为(K+α)*τ，K为正整数，τ为电机的极距，α为隔磁桥宽度系数，且0＜α≤0.5；第二段电枢绕组的相位与第一段电枢绕组的相位不同，第二段电枢绕组的始端和末端根据不同的α值，采用不同宽度的绕组线圈。

2.如权利要求1所述的一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机，其特征在于：当α的取值为1/3≤α≤0.5时，第二段电枢绕组的始端和末端分别采用宽度(2/3-α)*τ和(α-1/3)*τ的线圈，匝数和宽度成正比，且第二段电枢绕组始端线圈的相位与第一段电枢绕组始端线圈的相位相差60°。

3.如权利要求1所述的一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机，其特征在于：当α的取值为0<α<1/3时，第二段电枢绕组的始端和末端分别采用宽度(1/3-α)*τ和α*τ的半线圈，匝数和宽度成正比，且第二段电枢绕组始端半线圈的相位与第一段电枢绕组始端线圈的相位相同。

4.如权利要求1所述的一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机，其特征在于：所述第一段、第二段初级铁芯均为筒型结构。

5.如权利要求1所述的一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机，其特征在于：所述第一段电枢绕组为60°相带绕组线圈，按A-Z-B-X-C-Y顺序排列构成。

6.如权利要求1所述的一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机，其特征在于：所述第一段初级组件和第二段初级组件的两端还设有端部附加齿。

7.如权利要求1所述的一种两段式无槽圆筒型永磁直线电机，其特征在于，所述第一段初级组件和第二段初级组件的长度分别为L₁和L₂，两者相差ΔL＝∣L₁-L₂∣，ΔL＝Mτ，M为整数。