CN109004805A - 一种可差速运行的双动子模块化永磁直线电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可差速运行的双动子模块化永磁直线电机。该电机包括：上层动子模块、下层动子模块以及定子模块；定子模块设置在上层动子模块与下层动子模块中间；上层动子模块包括多个第一E形铁芯，第一E形铁芯的开口方向面向定子模块；相邻两个第一E形铁芯之间设置有隔磁块；下层动子模块包括多个第二E形铁芯，第二E形铁芯与第一E形铁芯结构相同，第二E形铁芯的开口方向面向定子模块，相邻两个第二E形铁芯之间设置有隔磁块；第一E形铁芯与第二E形铁芯内均设置有绕组；定子模块包括永磁体组以及定子铁芯。本发明模块化的结构有利于扩展电机的推力范围，削弱电机的推力波动，简化电机维修难度并缩短维修周期。

Description

一种可差速运行的双动子模块化永磁直线电机
技术领域
本发明涉及永磁直线电机领域，特别是涉及一种可差速运行的双动子模块化永磁直线电机。
背景技术
在传统的直线运动场合，直线运动通常由旋转电机通过齿轮箱、蜗轮蜗杆等将旋转运动转化为直线运动，结构复杂，体积庞大，响应速度和精度不高。采用直线电机直接带动负载运行，可大大降低驱动系统结构的复杂性，提高系统运行响应速度和运行精度。但是如果同时需要两个不同的直线运动速度的话，目前大多是采用两台相互独立的直线电机进行驱动，存在占地空间大、成本高等缺点，而且在出现故障时维修时间较长，维修难度大。
发明内容
本发明的目的是提供一种可差速运行的双动子模块化永磁直线电机能够在保证可靠性和安全性的前提下，可以实现由两个动子提供不同或相同的运动速度，而且模块化的结构有利于扩展电机的推力范围，削弱电机的推力波动，简化电机维修难度并缩短维修周期。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种可差速运行的双动子模块化永磁直线电机，包括：上层动子模块、下层动子模块以及定子模块；所述定子模块设置在所述上层动子模块与所述下层动子模块中间；所述上层动子模块包括多个第一E形铁芯，所述第一E形铁芯的开口方向面向所述定子模块；相邻两个所述第一E形铁芯之间设置有隔磁块；所述下层动子模块包括多个第二E形铁芯，所述第二E形铁芯与所述第一E形铁芯结构相同，所述第二E形铁芯的开口方向面向所述定子模块，相邻两个所述第二E形铁芯之间设置有隔磁块；所述第一E形铁芯与所述第二E形铁芯内均设置有绕组；所述定子模块包括永磁体组以及定子铁芯；所述永磁体组设置在所述定子铁芯的上下两侧。
可选的，所述永磁体组包括多个第一永磁体以及多个第二永磁体；多个所述第一永磁体设置在所述定子铁心的上侧，相邻两个所述第一永磁体中间设置有限位块；任意相邻两个所述第一永磁体的充磁方向相反；所述定子铁心的下侧对称位置设置有所述第二永磁体，所述定子铁心上侧和下侧对称位置设置的第一永磁体和第二永磁体的大小、形状、充磁方向均相同，相邻两个所述第二永磁体中间设置有所述限位块。
可选的，所述第一E形铁芯与所述第二E形铁芯的数量相同。
可选的，所述第一E形铁芯与所述第二E形铁芯的数量不同。
可选的，当所述上层动子模块与所述下层动子模块的运动速度不同时，通入所述上层动子模块与所述下层动子模块内所述绕组的电流的频率不同；当所述上层动子模块与所述下层动子模块的运动速度相同时，通入所述上层动子模块与所述下层动子模块内的绕组的电流的频率相同。
可选的，所述上层动子模块与所述下层动子模块内绕组所通入电流相位分别相差2π/N1、2π/N2，其中N1表示所述第一E形铁芯的数量，N2表示所述第二E形铁芯的数量。
可选的，所述绕组采用集中绕组的方式放置在所述第一E形铁芯以及所述第二E形铁芯内。
可选的，所述定子铁芯采用硅钢片制成；
可选的，任意两个相邻的永磁体的极距为t，所述上层E形铁芯的间距为2×(1+n/N1)×t，所述下层E形铁芯的间距为2×(1+n/N2)×t，其中，N1表示上层E形铁芯的数量，N2表示下层E形铁芯的数量，n为正整数。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)本发明上下两层动子采用模块化的结构，可以根据所需推力的大小及空间限制灵活选择模块的数量，而且能够保证每一层动子均能稳定输出推力。
(2)本发明上下两层动子的模块化结构可以实现各个模块间的推力波动的相互抵消，并进而使得整体的推力波动得到有效的抑制。
(3)本发明上下两层动子模块化的结构使得在某一模块出现故障时，可以只对该模块进行维修或直接更换模块，减小了维修难度，缩短了维修周期。
(4)本发明上下两层动子中所通入的电枢电流可以通过动子的模块数量和运动速度直接求得，算法简单可靠。
(5)本发明可以通过调节上下两层绕组通入电流频率的不同而实现上下两层动子差速运行和同速运行，这一过程并不会引起磁路上的紊乱。
(6)本发明上下两层动子相邻模块之间的隔磁块可以实现磁路的有效隔离，有利于降低推力波动，提高电机运行的容错性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例可差速运行的双动子模块化永磁直线电机的结构示意图；
图2为本发明实施例上层动子模块的结构示意图；
图3为本发明实施例定子模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例可差速运行的双动子模块化永磁直线电机的结构示意图；图2为本发明实施例上层动子模块的结构示意图；图3为本发明实施例定子模块的结构示意图。
如图1所示，一种可差速运行的双动子模块化永磁直线电机，包括：上层动子模块8、下层动子模块9以及定子模块10，所述定子模块10设置在所述上层动子模块8与所述下层动子模块9中间。
如图2所示，所述上层动子模块8包括多个第一E形铁芯1、11、12、13、14，所述第一E形铁芯的开口方向面向所述定子模块10；相邻两个所述第一E形铁芯之间设置有隔磁块4、15、16、17。所述下层动子模块9包括多个第二E形铁芯2，所述第二E形铁芯与所述第一E形铁芯结构相同，所述第二E形铁芯的开口方向面向所述定子模块10。相邻两个所述第二E形铁芯之间同样设置有隔磁块。所述第一E形铁芯与所述第二E形铁芯内均设置有绕组3；所述绕组采用集中绕组的方式放置在所述第一E形铁芯以及所述第二E形铁芯内。所述第一E形铁芯与所述第二E形铁芯的数量相同或者不相同。数量可以根据所需推力以及空间限制进行调整，电枢绕组相数与每层E形铁芯的数量相同。
如图3所示，所述定子模块10包括永磁体组以及定子铁芯6；所述定子铁芯6采用硅钢片制成。所述永磁体组设置在所述定子铁芯6的上下两侧。所述永磁体组包括多个第一永磁体5、19以及多个第二永磁体18、20。多个所述第一永磁体设置在所述定子铁心的上侧，相邻两个所述第一永磁体中间设置有限位块7；任意相邻两个所述第一永磁体的充磁方向相反；所述定子铁心6的下侧对称位置设置有所述第二永磁体，所述定子铁心6上侧和下侧对称位置设置的第一永磁体和第二永磁体的大小、形状、充磁方向均相同，相邻两个所述第二永磁体中间设置有所述限位块7。
任意两个相邻的永磁体的极距为t，所述上层E形铁芯的间距为2×(1+n/N1)×t，所述下层E形铁芯的间距为2×(1+n/N2)×t，其中，N1表示上层E形铁芯的数量，N2表示下层E形铁芯的数量，n为正整数。
当所述上层动子模块与所述下层动子模块的运动速度不同时，通入所述上层动子模块与所述下层动子模块内所述绕组的电流的频率不同；当所述上层动子模块与所述下层动子模块的运动速度相同时，通入所述上层动子模块与所述下层动子模块内的绕组的电流的频率相同。所述上层动子模块与所述下层动子模块内绕组所通入电流相位分别相差2π/N1、2π/N2。
以图2为例，为产生5相对称反电势，需要相邻的两个模块产生的反电势初始相角相差2n×π/5(其中n＝1，2，3，4，6…等非5的倍数的整数)。模块之间的间距还需大于一个极距，以避免模块之间结构上的干涉。，其中n为任意正整数。因此相邻E形铁芯之间的间距应为Wa＝2×(1+n/5)×t，其中n为除5和5的倍数外的正整数。
为了使上下两层的速度不同，在极距确定的情况下，只需要根据所需要的速度来调整上下两层绕组中电枢电流的频率即可获得差速或同速运动。
为了使每一E形铁芯产生的推力对称以实现推力波动的相互抵消，根据每层E形铁芯的数量来确定每层电枢电流相邻相的相位差，以图2为例，每层电枢电流相邻相的相位差为2π/5。
当上下层动子均为5个E形铁芯，运动速度不同，其中上层为1mm/s，下层为2mm/s，在定子极距t固定为12mm时，则上层动子五相绕组中通入电流别为 下层动子五相绕组中通入电流分别为
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：1、本发明将次级永磁体和次级铁芯设置为定子，可以通过调节上下两层绕组通入电流频率的不同而实现上下两层动子差速运行和同速运行，这一过程并不会引起磁路上的紊乱。2、本发明上下两层动子采用模块化的结构，可以根据所需推力的大小及空间限制灵活选择模块的数量，而且能够保证每一层动子均能稳定输出推力。3、本发明上下两层动子的模块化结构可以实现各个模块间的推力波动的相互抵消，并进而使得整体的推力波动得到有效的抑制。4、本发明上下两层动子模块化的结构使得在某一模块出现故障时，可以只对该模块进行维修或直接更换模块，减小了维修难度，缩短了维修周期。5、本发明上下两层动子中所通入的电枢电流可以通过动子的模块数量和运动速度直接求得，算法简单可靠。6、本发明上下两层动子相邻模块之间的隔磁块可以实现磁路的有效隔离，有利于降低推力波动，提高电机运行的容错性。本发明具备可差速运行、可同速运行、容错性好、安全可靠、维修方便、实现简单等优点，不仅适用于本文所提及的工业生产流水线，同样适用于任何需要不同速度的直线运动的场合。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种可差速运行的双动子模块化永磁直线电机，其特征在于，包括：上层动子模块、下层动子模块以及定子模块；所述定子模块设置在所述上层动子模块与所述下层动子模块中间；所述上层动子模块包括多个第一E形铁芯，所述第一E形铁芯的开口方向面向所述定子模块；相邻两个所述第一E形铁芯之间设置有隔磁块；所述下层动子模块包括多个第二E形铁芯，所述第二E形铁芯与所述第一E形铁芯结构相同，所述第二E形铁芯的开口方向面向所述定子模块，相邻两个所述第二E形铁芯之间设置有隔磁块；所述第一E形铁芯与所述第二E形铁芯内均设置有绕组；所述定子模块包括永磁体组以及定子铁芯；所述永磁体组设置在所述定子铁芯的上下两侧。
2.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述永磁体组包括多个第一永磁体以及多个第二永磁体；多个所述第一永磁体设置在所述定子铁心的上侧，相邻两个所述第一永磁体中间设置有限位块；任意相邻两个所述第一永磁体的充磁方向相反；所述定子铁心的下侧对称位置设置有所述第二永磁体，所述定子铁心上侧和下侧对称位置设置的第一永磁体和第二永磁体的大小、形状、充磁方向均相同，相邻两个所述第二永磁体中间设置有所述限位块。
3.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述第一E形铁芯与所述第二E形铁芯的数量相同。
4.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述第一E形铁芯与所述第二E形铁芯的数量不同。
5.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，当所述上层动子模块与所述下层动子模块的运动速度不同时，通入所述上层动子模块与所述下层动子模块内所述绕组的电流的频率不同；当所述上层动子模块与所述下层动子模块的运动速度相同时，通入所述上层动子模块与所述下层动子模块内的绕组的电流的频率相同。
6.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述上层动子模块与所述下层动子模块内绕组所通入电流相位分别相差2π/N1、2π/N2，其中N1表示所述第一E形铁芯的数量，N2表示所述第二E形铁芯的数量。
7.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述绕组采用集中绕组的方式放置在所述第一E形铁芯以及所述第二E形铁芯内。
8.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述定子铁芯采用硅钢片制成。
9.根据权利要求2所述的永磁直线电机，其特征在于，任意两个相邻的永磁体的极距为t，所述上层E形铁芯的间距为2×(1+n/N1)×t，所述下层E形铁芯的间距为2×(1+n/N2)×t，其中，N1表示上层E形铁芯的数量，N2表示下层E形铁芯的数量，n为正整数。
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