CN109038887B - 一种永磁体电机次级单元和永磁体电机次级 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种永磁体电机次级单元和永磁体电机次级，其中，永磁体电机次级单元包括永磁体阵列；永磁体阵列由若干个永磁体构成，若干个永磁体基于脉冲宽度调制和/或脉冲频率调制进行排列。本发明实施例提供的一种永磁体电机次级单元和永磁体电机次级，与常规的永磁体电机次级单元相比，由若干个永磁体代替单独的一个永磁体，极大程度地减小了永磁体的宽度，提高了永磁体电机次级单元的机械强度，解决了大块永磁体充磁困难的问题，降低了电机的加工成本。此外，将永磁体阵列中的永磁体基于脉冲宽度调制和/或脉冲频率调制进行排列，有助于降低磁动势的波形总畸变率，进一步提高电磁推力平稳性。

Description

一种永磁体电机次级单元和永磁体电机次级
技术领域
本发明实施例涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种永磁体电机次级单元和永磁体电机次级。
背景技术
目前，直线电机具有高响应性和长期稳定性的特点而在加工中心、成型放电加工机和龙门系统等工业机械中得到越来越广泛的应用。直线电机可以看成旋转电机沿径向剖开并展开成直线，旋转电机的定子成为直线电机的动子(亦称为初级)，旋转电机的转子成为直线电机的定子(亦称为次级)。永磁体电机即直线电机中的一种。
常规的永磁体电机次级中，每极磁场均由单块永磁体励磁产生，在高速永磁电机中其极距正比速度，导致单块永磁体宽度较大，导致永磁次级坚固性差，同时大块永磁体在充磁方面也存在困难。
此外，采用永磁体励磁的电机的主磁场分布情况取决于永磁体阵列的磁动势分布，常规永磁次级及其磁动势分布如图1所示，呈脉冲形式交替分布，其中仅基波分量作用于可产生电磁推力的电磁感应，其余谐波分量均作用于电机电磁推力波动。图1所示的脉冲分布磁动势的波形总畸变率较高，脉冲分布磁动势含有的谐波分量较多，导致电机电磁推力波动较大。
发明内容
本发明实施例提供一种永磁体电机次级单元和永磁体电机次级，用以解决现有的永磁体电机次级中，单块永磁体宽度较大导致永磁次级坚固性差，同时脉冲分布磁动势含有的谐波分量较多的问题。
一方面，本发明实施例提供一种永磁体电机次级单元，包括永磁体阵列；
永磁体阵列由若干个永磁体构成，若干个永磁体基于脉冲宽度调制和/或脉冲频率调制进行排列。
另一方面，本发明实施例提供一种永磁体电机次级，包括永磁体支架和如上所述的永磁体电机次级单元；其中，永磁体支架用于固定永磁体电机次级单元。
本发明实施例提供的一种永磁体电机次级单元和永磁体电机次级，与常规的永磁体电机次级单元相比，由若干个永磁体代替单独的一个永磁体，极大程度地减小了永磁体的宽度，提高了永磁体电机次级单元的机械强度，解决了大块永磁体充磁困难的问题，降低了电机的加工成本。此外，将永磁体阵列中的永磁体基于脉冲宽度调制和/或脉冲频率调制进行排列，有助于降低磁动势的波形总畸变率，进一步提高电磁推力平稳性。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的永磁体次级及其励磁产生的磁动势分布波形图；
图2为本发明实施例中的一种永磁体电机次级单元的结构示意图；
图3为本发明实施例中的一种永磁体电机次级单元的主视图；
图4为本发明实施例中的一种永磁体电机次级的结构示意图；
图5为本发明实施例中的永磁体电机次级及其励磁产生的磁动势分布波形图；
其中，
201-永磁体； 401-永磁体支架； 402-永磁体电机次级单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
目前，常规的永磁体电机次级中，每极磁场均由单块永磁体励磁产生，而单块永磁体宽度较大，导致永磁次级坚固性差。此外，单块永磁体作为次级单元时，脉冲分布磁动势的波形总畸变率较高，脉冲分布磁动势含有的谐波分量较多。针对上述问题，图2为本发明实施例中的一种永磁体电机次级单元的结构示意图，如图2所示，一种永磁体电机次级单元，包括永磁体阵列。永磁体阵列由若干个永磁体201构成，若干个永磁体201基于脉冲宽度调制和/或脉冲频率调制进行排列。
其中，脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)是一种模拟控制方式，通过对脉冲的宽度进行调制，从而实现输出电压的改变。尤其是正弦脉冲宽度调制(SPWM)，是将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。
脉冲频率调制(Pulse frequency modulation，PFM)是一种模拟控制方式，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。
将脉冲宽度调制和脉冲频率调制应用在永磁体阵列中永磁体201的排列时，将永磁体201视为等幅脉冲，将永磁体201的宽度视为脉冲宽度，将永磁体201间的间距视为脉冲间隔，基于脉冲宽度调制和/或脉冲频率调制对永磁体阵列中的永磁体201进行排布，使得励磁得到基波分量为正弦波(周期与电机极距相匹配)的有效磁动势分布波形。
本发明实施例提出的永磁体电机次级单元，与常规的永磁体电机次级单元相比，由若干个永磁体201代替单独的一个永磁体，极大程度地减小了永磁体201的宽度，提高了永磁体电机次级单元的机械强度，解决了大块永磁体充磁困难的问题，降低了电机的加工成本。此外，将永磁体阵列中的永磁体201基于脉冲宽度调制和/或脉冲频率调制进行排列，有助于降低磁动势的波形总畸变率，进一步提高电磁推力平稳性。
基于上述实施例，图3为本发明实施例中的一种永磁体电机次级单元的主视图，如图3所示，一种永磁体电机次级单元，永磁体阵列中，所有处于中间位置的永磁体基于脉冲宽度调制进行排列，所有处于中间位置的永磁体的宽度基于脉冲宽度调制设置；所有处于两侧位置的永磁体基于脉冲频率调制进行排列，所有处于两侧位置的永磁体的宽度相等。
此处，假设永磁体阵列中的永磁体数量为m，预设的基于脉冲宽度调制的永磁体数量为n，则中间位置是指永磁体阵列中的处于第至第个的永磁体。两侧位置是指永磁体阵列中处于第1至第个和第至m个的永磁体，即永磁体处于中间位置是指永磁体处于永磁体阵列中心向两侧各扩展个永磁体的位置，若任一永磁体未处于中间位置，则该永磁体处于两侧位置。例如，永磁体阵列中共11个永磁体，预设中间位置的永磁体数量为5个，则永磁体阵列中，第1-3和9-11个永磁体处于两侧位置，第4-8个永磁体处于中间位置。
处于中间位置的永磁体基于脉冲宽度调制进行排列，每一永磁体的宽度为脉冲宽度调制下该位置的脉冲宽度。处于两侧位置的永磁体基于脉冲频率调制进行排列，每一永磁体的宽度均为预设的脉冲宽度，且脉冲频率调制下每一永磁体的宽度均相等。若在永磁体阵列中，将所述永磁体均基于脉冲宽度调制，可能存在位于永磁体阵列两端的永磁体宽度过窄而导致脉冲宽度调制实现困难的问题，在永磁体阵列的两侧位置进行脉冲频率调制，则有效规避了上述问题，减少了制作成本，提高了永磁体阵列的排列精度，进而为实现更优的磁动势波形质量，降低电机电磁推力波动提供了条件。
需要说明的是，永磁体阵列中的永磁体数量与处于中间位置的永磁体数量可根据实际应用场景进行调整，本发明实施例不对脉冲宽度调制和脉冲频率调制两种调制方式的比例进行具体限定。
本发明实施例中，在中间位置进行脉冲宽度调制，在两侧位置进行脉冲频率调制，有效降低了磁密分布波形总畸变率。此外，可根据实际应用场景需求对脉冲宽度调制和脉冲频率调制两种调制方式的比例进行优化，实现对指定的低次谐波加强抑制，进一步提高电磁推力平稳性。
基于上述任一实施例，一种永磁体电机次级单元，永磁体阵列中永磁体的数量等于载波比。例如，载波比为11时，永磁体阵列中的永磁体数量为11。需要说明的是，载波比可根据实际应用场景需求进行调整，本发明实施例不对载波比的取值作具体限定。
基于上述任一实施例，一种永磁体电机次级单元，永磁体阵列中，永磁体沿直线排列，永磁体的侧面宽度相等，永磁体的高度相等，任意两个永磁体的侧面平行。
基于上述任一实施例，图4为本发明实施例中的一种永磁体电机次级的结构示意图，如图4所示，一种永磁体电机次级，包括永磁体支架401和若干个永磁体电机次级单元402；其中，永磁体支架401用于固定永磁体电机次级单元402。
具体地，永磁体支架401用于支撑并固定永磁体电机次级单元402，以使得永磁体电机次级单元402中的永磁体阵列能够按照脉冲宽度调制和/或脉冲频率调制设置的排列方式排列在指定位置，例如图4中所示的永磁体电机次级，永磁体支架401上固设有6个永磁体电机次级单元402，上述6个永磁体电机次级单元402呈直线顺序排列。需要说明的是，本发明实施例不对永磁体电机次级单元402的排列方式作具体限定，永磁体电机次级单元402可呈直线排列，还可根据实际应用需求呈环状排列等。
本发明实施例提出的次级，包括若干个永磁体电机次级单元，与常规的永磁体电机次级单元相比，由若干个永磁体代替单独的一个永磁体，极大程度地减小了永磁体的宽度，提高了永磁体电机次级单元的机械强度，解决了大块永磁体充磁困难的问题，降低了电机的加工成本。此外，将永磁体阵列中的永磁体基于脉冲宽度调制和/或脉冲频率调制进行排列，有助于降低磁动势的波形总畸变率，进一步提高电磁推力平稳性。
基于上述任一实施例，一种永磁体电机次级，永磁体支架上设置有若干个安装槽，每一安装槽用于安装一个永磁体电机次级单元。
具体地，为了便于灵活安装拆卸，永磁体支架上设置有用于安装单个永磁体电机次级单元的安装槽，即单个永磁体电机次级单元的拆装不对永磁体电机次级中已经装设的其余永磁体电机次级单元造成影响，使得永磁体电机次级的设计更加灵活。需要说明的是，永磁体电机次级单元可以通过螺纹装置或弹簧装置等固定方式安装在安装槽内，也可以通过黏胶等粘黏在安装槽内，本发明实施例不对永磁体电机次级单元的安装方法作具体限定。
基于上述任一实施例，一种永磁体电机次级，永磁体支架为不导磁材料。此处不导磁材料的应用，用于确保永磁体电机次级的直轴电抗和交轴电抗相等。作为优选，永磁体支架可选用高强度材料，用以保证永磁体电机次级在高速大推力场合的适用性，在通过永磁体电机次级单元降低次级重量的同时，提高了动次级电机的加速度和动态特征。
基于上述任一实施例，一种永磁体电机次级，永磁体支架上设置有若干个次级连接部件，次级连接部件用于连述永磁体电机次级与永磁体电机机台。此处的次级连接部件可以是螺纹结构、卡扣结构或者其他连接结构，与永磁体电机机台上的连接部件相配合，以实现永磁体电机次级与永磁体电机机台的连接。
为了更好地理解与应用本发明提出的一种永磁体电机次级，本发明进行以下示例，且本发明不仅局限于以下示例。
参考图4，一种永磁体电机次级，包括永磁体支架和6个永磁体电机次级单元。永磁体支架上开设有安装槽和次级连接部件。每一永磁体电机次级单元均安装在安装槽内。图2所示为该永磁体电机次级中的载波比取11的永磁体电机次级单元，该永磁体电机次级单元是由11块宽度各异的永磁体构成的永磁体阵列，其中，位于中间位置的5块永磁体的宽度是按照脉冲宽度调制方法设置的，其排布方式也是类比于脉冲宽度调制方式。在中间位置的5块永磁体左右两侧各排布了3块宽度相同的永磁体，与处于中间位置的5块永磁体不同的是，处于两侧位置的左右两组永磁体是按照脉冲频率调制方式排布的。图4所示为极对数取3的永磁体电机次级，因此该永磁体电机次级内含有66块永磁体，每一永磁体电机次级单元内含有11块永磁体。上述永磁体电机次级可用于各类永磁同步电机、永磁直流电机、混合励磁电机。
图5为本发明实施例中的永磁体电机次级及其励磁产生的磁动势分布波形图，如图5所示，本示例中的永磁体电机次级可以励磁得到基波分量为正弦波(周期与电机极距相匹配)的有效磁动势分布波形。由于其采用了永磁体阵列调制的方式来获得更优的主磁场，其磁动势的波形总畸变率较低，即谐波分量较少，进而降低电机电磁推力波动。该种永磁体电机次级还可以通过对载波比，以及对脉冲宽度调制和脉冲频率调制两种调制方式的比例进行优化，实现对指定的低次谐波加强抑制，进一步提高电磁推力平稳性。此外，该种永磁体电机次级的种永磁体电机次级单元均是由多个永磁体组合励磁完成的，因此极大程度地减小了单块永磁体的纵向长度和体积，在高速大极距场合中由永磁体纵向长度过大所带来的次级坚固性差和充磁困难等问题均得以解决。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种永磁体电机次级单元，其特征在于，包括永磁体阵列；
所述永磁体阵列由若干个永磁体构成，所述若干个永磁体基于脉冲宽度调制和脉冲频率调制进行排列；
所述永磁体阵列中，所有处于中间位置的永磁体基于脉冲宽度调制进行排列，所有处于中间位置的永磁体的宽度基于脉冲宽度调制设置；
所有处于两侧位置的永磁体基于脉冲频率调制进行排列，所有处于两侧位置的永磁体的宽度相等。
2.根据权利要求1所述的永磁体电机次级单元，其特征在于，所述永磁体阵列中永磁体的数量等于载波比。
3.根据权利要求1所述的永磁体电机次级单元，其特征在于，所述永磁体阵列中，所有永磁体沿直线排列，所有永磁体的侧面宽度相等，所有永磁体的高度相等，任意两个永磁体的侧面平行。
4.一种永磁体电机次级，其特征在于，包括永磁体支架和若干个如权利要求1至3中任一权利要求所述的永磁体电机次级单元；
其中，所述永磁体支架用于固定所述永磁体电机次级单元。
5.根据权利要求4所述的永磁体电机次级，其特征在于，所述永磁体支架上设置有若干个安装槽，每一安装槽用于安装一个所述永磁体电机次级单元。
6.根据权利要求4所述的永磁体电机次级，其特征在于，所述永磁体支架为不导磁材料。
7.根据权利要求4所述的永磁体电机次级，其特征在于，所述永磁体支架上设置有若干个次级连接部件，所述次级连接部件用于连接所述永磁体电机次级与永磁体电机机台。
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