CN111181259A - 一种e型定子结构的直线旋转永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种E型定子结构的直线旋转永磁电机，该电机由定子部分、动子部分组成，定子部分由轴向E型定子(1)和集中绕组(2)组成，动子部分由径向充磁永磁体(3)(4)和动子(5)组成，永磁体在周向和轴向N、S极交替排列，在轴向，永磁体排列交错1/2个极距。旋转和直线运动分别基于横向磁通原理和电磁感应原理，旋转运动时，主磁路与电机运动方向垂直，直线运动时，主磁路与电机运动方向相同。各E型定子铁心间电路、磁路和物理上没有耦合，可以独立分析与控制，从结构的角度降低了作动器解耦的难度，提升了作动器的整体性能。此单元电机结构简单，可根据实际应用场合调整电机的结构单元，实用性强，具有广泛的应用前景。

Description

一种E型定子结构的直线旋转永磁电机
技术领域
本发明属于永磁电机领域，具体是一种可以实现直线、旋转或螺旋两自由度运动的电磁设备。
背景技术
海洋能发电是现代新能源发电技术研究的热点之一，海洋能主要包含潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能等等，其中海水垂直方向的涨落即潮汐，海水在水平方向上的流动即潮流。我国海洋资源丰富，如果可以充分利用海洋能发电，将带来的广泛的效益。而直线旋转电机是一种可以实现直线、旋转和螺旋运动的电磁设备。通过直线旋转电机可以有效的将波浪能与潮汐能都有效的进行合理利用，实现海洋能的发电。
目前，国内对直线旋转电机的研究主要有：专利“直线旋转电机及其位移和旋转角度测量方法”(CN 109904991A)通过直线与码盘光栅尺直接对电机输出轴直线运动位移量及旋转角度进行测量，降低直线运动定位精度的控制难度。专利“一种直线旋转开关磁阻电机及其控制方法”(CN 107104566 A)中设计了通过转矩绕组和轴向力绕组的协调作用实现了直线旋转开关磁阻电机的独立控制。专利“一种新型的风浪发电系统”(CN 104728046 A)通过垂直轴风力机与直线旋转发电机的旋转运动实现风力发电，通过浮筒与直线旋转电机的直线运动实现海浪发电。专利“一种动圈式单极性永磁体旋转直线电机”(CN 08736675A)由内外定子、端盖、有限转角转子、直线运动次级以及伸出轴组成，通过外定子与有限转角转子的作用及内外定子与直线运动次级的作用实现伸出轴的直线、有限转角和螺旋运动。专利“一种基于直线-旋转双自由度新型振荡电机及控制方法”(CN 10289748 A)将原动机、从动机以及气缸构成统一的系统，原动机驱动从动机，并通过气缸压缩空气，实现直线往复运动。
本发明电机采用模块化E型定子结构，旋转运动时采用横向磁通原理，主磁路与电机运动方向垂直，气隙磁密时刻变化，但绕组并不切割气隙磁场，设计自由度大，直线运动时采用电磁感应原理，主磁路与电机运动方向相同。各E型定子铁心间电路、磁路和物理上没有耦合，可以独立分析与控制，实现了作动器的结构解耦，降低了作动器解耦的难度。径向充磁永磁体在周向N、S极交替排列，在轴向，永磁体排列错开1/2个极距，使得同一绕组在直线、旋转或螺旋运动时，初始相位相同，降低了控制的难度。绕组采用集中绕组，简化了制造工艺，方便加工制造。直线、旋转或螺旋运动均依赖单套定子、动子部件和绕组驱动，结构和控制简单，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种E型定子结构的直线旋转永磁电机，该电机结构简单，齿槽转矩/直线定位力小，旋转运动转矩大，从结构的角度降低了电磁和运动的解耦的难度，便于实现直线、旋转或螺旋运动。
本发明实现发明目的采用如下技术方案：
一种E型定子结构的直线旋转永磁电机采用模块化E型定子结构，旋转运动时采用横向磁通原理，主磁路与电机运动方向垂直，气隙磁密时刻变化，但绕组并不切割气隙磁场，设计自由度大，直线运动时采用电磁感应原理，主磁路与电机运动方向相同，径向充磁永磁体在周向和轴向N、S极交替排列，在轴向，永磁体排列错开1/2个极距，各E型定子铁心间电路、磁路和物理上没有耦合，可以独立分析与控制，降低了作动器解耦的难度，该电机周向采用6/8结构，轴向采用3/4结构，绕组采用集中绕组，结构简单，方便加工制造。
作为优选，本发明提供的一种E型定子结构的直线旋转永磁电机，模块化轴向E型定子结构，旋转运动时采用横向磁通原理，主磁路与电机运动方向垂直，气隙磁密时刻变化，但绕组并不切割气隙磁场，设计自由度大，直线运动时采用电磁感应原理，主磁路与电机运动方向相同。
作为优选，本发明提供的一种E型定子结构的直线旋转永磁电机，径向充磁永磁体在周向和轴向N、S极交替排列，在轴向错开1/2个极距，使得同一绕组在直线、旋转或螺旋运动时，初始相位相同，降低了控制的难度，各E型定子铁心间电路、磁路和物理上没有耦合，可以独立分析与控制，降低了作动器解耦的难度，该电机周向采用6/8结构，轴向采用3/4结构，换成其他的极槽组合形式同样适用。
有益效果：
本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：该电机结构简单，制作方便，动态响应快，定子结构采用模块化、轻量化设计，降低了铁心使用量和制作成本，各E型定子单元电路和磁路之间没有联系，从结构设计的角度降低了解耦控制的难度；永磁体在轴向错开1/2个永磁极距，使得同一绕组在直线、旋转或螺旋运动时，初始相位相同，从控制的角度降低了解耦控制的难度，可以满足旋转运动大转矩输出、直线运动低速高精度控制的需求。
附图说明
图1是E型定子直线旋转永磁电机结构图。
包含定子(1)、集中绕组(2)、径向充磁永磁体S(3)、径向充磁永磁体(4)和动子(5)。
图2是E型定子直线旋转永磁电机动子结构图。
包含径向充磁永磁体S(3)、径向充磁永磁体(4)和动子(5)。
具体实施方式
所述一种E型定子直线旋转永磁电机，如图1所示，该作动器由定子(1)、集中绕组(2)、径向充磁永磁体S(3)、径向充磁永磁体(4)和动子(5)组成，其动子结构图如图2所示，由径向充磁永磁体S(3)、径向充磁永磁体(4)和动子(5)组成，永磁体采用径向充磁，N、S极交错排列，在轴向，永磁体错开1/2极距。
定子和动子单元均采用硅钢片叠加，轴向E型定子采用了模块化、轻量化设计，降低了直线定位力的幅值，此电机在电路和磁路上是相互独立的，降低了设计的难度，N、S极交替排列的永磁体在轴向错开1/2极距，使得绕组在不同运动状态初始相位相同，降低了控制的难度。旋转运动时，电机基于横向磁通原理，实现了大转矩的输出，直线运动时，基于电磁感应原理，满足低速高精度的要求。而且电机结构简单，便于电机单元的扩展，周向采用6/8结构，轴向采用3/4结构，换成其他的极槽组合形式同样适用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种E型定子结构的直线旋转永磁电机，其特征在于：电机采用模块化E型定子结构，旋转运动时采用横向磁通原理，主磁路与电机运动方向垂直，气隙磁密时刻变化，但绕组并不切割气隙磁场，设计自由度大，直线运动时采用电磁感应原理，主磁路与电机运动方向相同，径向充磁永磁体在周向和轴向N、S极交替排列，在轴向，永磁体排列错开1/2个极距，各E型定子铁心间电路、磁路和物理上没有耦合，可以独立分析与控制，降低了作动器解耦的难度，该电机周向采用6/8结构，轴向采用3/4结构，绕组采用集中绕组，结构简单，方便加工制造。
2.根据权利要求1所述的一种E型定子结构的直线旋转永磁电机，其特征在于：模块化轴向E型定子结构，旋转运动时采用横向磁通原理，主磁路与电机运动方向垂直，气隙磁密时刻变化，但绕组并不切割气隙磁场，设计自由度大，直线运动时采用电磁感应原理，主磁路与电机运动方向相同。
3.根据权利要求1所述的一种E型定子结构的直线旋转永磁电机，其特征在于：径向充磁永磁体在周向和轴向N、S极交替排列，在轴向错开1/2个极距，使得同一绕组在直线、旋转或螺旋运动时，初始相位相同，降低了控制的难度，各E型定子铁心间电路、磁路和物理上没有耦合，可以独立分析与控制，降低了作动器解耦的难度，该电机周向采用6/8结构，轴向采用3/4结构，换成其他的极槽组合形式同样适用。
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