CN111884474A - 一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机 - Google Patents
一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111884474A CN111884474A CN202010736060.5A CN202010736060A CN111884474A CN 111884474 A CN111884474 A CN 111884474A CN 202010736060 A CN202010736060 A CN 202010736060A CN 111884474 A CN111884474 A CN 111884474A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- permanent magnet
- magnetic
- motor
- secondary side
- auxiliary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 62
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 title claims abstract description 5
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 69
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 27
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 18
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 13
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 abstract description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
- H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Linear Motors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，其特征在于，包括电机的底部箱体，在底部箱体上设有直线导轨和次级侧，次级侧设置直线导轨之间，在直线导轨和次级侧的上部设有滑块、初级侧和工作台，直线导轨与滑块连接构成移动副，滑块和初级侧被固定在工作台上，初级侧和次级侧相对，两者之间设有间隙。本发明所述电机不使用稀土永磁材料，故制造成本更低；对环境更友好；剩磁更小，不容易吸附铁屑或其他铁磁材料，电机推力密度更大，功率因数更高，选取了合适的次级与初级结构参数关系，得到了较大的推力和较低的推力波动，不但可以适合相关直线运动的应用，还可以为后续该直线电机的研发、优化、应用提供基础支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，具体涉及无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机的设计制造，属于电机制造领域。
背景技术
直线电机将电能转换为直线运动的机械能，省去大量中间传动机构，加快了系统反应速度，提高了加工速度与加工精度，因此应用广泛。
目前，永磁同步直线电机是许多高性能应用场所的备用设备，但稀土永磁材料的价格波动对永磁同步直线电机的成本影响较大。同步磁阻直线电机以其低成本和高可靠性成为了很好的选择。在有铁肋的同步磁阻直线电机中，其电机的次级侧中设置空气磁障，电机中由硅钢片构成的导磁条的端部通过铁肋相互连接，使次级侧形成一个整体，虽保持了位置关系和增强了机械强度，但连接端部的铁肋产生漏磁，导致了电机推力性能和驱动效率无法提升。
发明内容
本发明解决的技术问题是：如何设计一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，使它可以提高直线电机的性能，使其推力更大，推力波动更小，功率因数更大。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，其特征在于，包括电机的底部箱体，在底部箱体上设有直线导轨和次级侧，次级侧设置直线导轨之间，在直线导轨和次级侧的上部设有滑块、初级侧和工作台，直线导轨与滑块连接构成移动副，滑块和初级侧被固定在工作台上，初级侧和次级侧相对，两者之间设有间隙。
优选的，所述的初级侧包括硅钢片，在硅钢片内设有绕组槽，槽数为15k+6(k为极对数)，初级侧的起始端和末尾端的槽中只绕一层绕组，中间的绕组为双层绕组。
优选的，所述的次级侧包括磁障、导磁条和辅助永磁体，在导磁条内设有多个磁障，在每个磁障中设有辅助永磁体。
优选的，所述的磁障中填充树脂或塑料等不导磁材料，通过树脂或塑料等不导磁材料将各个导磁条和辅助永磁体包裹为一个整体。
优选的，所述的磁障中间设置有辅助永磁体，辅助永磁体与磁障等宽，辅助永磁体长度从上到下依次变大，辅助永磁体对称分布，辅助永磁体充磁方向为竖直方向。
优选的，所述的导磁条的端部中心距宽度由内到外依次为W1、W2、W3、W4，W1到W4的宽度依次递增，从W1到W4每个宽度的递增量为(0.4～0.6)W1。
优选的，所述永磁辅助同步磁阻直线电机的初级侧是一块有开设多个半封闭槽的硅钢片，并在这些槽内进行双层分布式绕组绕线，由于直线电机端部断开，该电机起始端和末尾端6个槽内只绕一层绕组，中间绕组为双层绕组，在本发明所述的永磁辅助同步磁阻直线电机中，半封闭绕组槽数为15k+6,k为极对数(可根据具体需要任取正整数)。
优选的，所述永磁辅助同步磁阻直线电机的次级是通过磁极单元拼接组成的，每个磁极为一个制造单元，根据电机所需长度，确定次级侧放置多少个磁极，每个磁极单元内都包括由硅钢片制成的导磁条、树脂或其他不导磁材料制成磁障和永磁体三部分；在本发明中，由于没有端部铁肋，所以导磁条彼此没有连接。因此，通过树脂填充进磁障部分，使各个导磁条和永磁体形成一个整体，并保证其机械强度。其制作工艺为，先将硅钢片制成有铁肋结构，再将硅钢片叠压在一起并将永磁体插入其中；然后将树脂铸进磁障处的空隙中，待树脂凝固后即和硅钢片制成的导磁条与永磁体成为一个整体单元。最后将位于端部的铁肋切去。
本发明所述的直线电机是将永磁同步电机与同步磁阻电机相结合，将铁氧体或其他非稀土永磁材料插入同步磁阻电机的转子磁障内，这样能得到更好的电机性能，即电机推力更大，推力波动更小。
本发明通过对初级侧和次级侧的优化设计，给出一种新型无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机驱动方案，具体为通过次级磁障合适设置，实现初级与次级的协同配合；通过弱永磁体优化磁阻分布，实现低推力波动和高推力密度的磁阻同步式直线驱动，再通过在空气磁障中铸入树脂来对永磁体和硅钢片制成的导磁条进行固定，使其成为一个整体单元，发明的直线电机具有强永磁材料使用少，制作成本低、传动效率高等特点。
本发明的有益效果是：
1、相比永磁同步直线电机，本发明所述电机不使用稀土永磁材料，故制造成本更低；对环境更友好；剩磁更小，不容易吸附铁屑或其他铁磁材料。
2、相比同步磁阻直线电机，本发明所述电机推力密度更大，功率因数更高。
3、经过设计计算，选取了合适的次级与初级结构参数关系，得到了较大的推力和较低的推力波动。
4、本发明不但可以适合相关直线运动的应用，还可以为后续该直线电机的研发、优化、应用提供基础支持。
附图说明
图1是本发明的整体视图；
图2是本发明的初级部分示意图；
图3是有铁肋次级部分示意图；
图4是本发明的无铁肋次级部分示意图；
图5为本发明的结构剖视图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1至图5所示，本发明一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，其特征在于，包括电机的底部箱体1，在底部箱体1上设有直线导轨2和次级侧3，次级侧3设置直线导轨2之间，在直线导轨2和次级侧3的上部设有滑块4、初级侧5和工作台6，直线导轨2与滑块4连接构成移动副，滑块4和初级侧5被固定在工作台6上，初级侧5和次级侧3相对，两者之间设有间隙。所述的初级侧5包括硅钢片7，在硅钢片7内设有绕组槽8，槽数为15k+6(k为极对数)，初级侧5的起始端和末尾端的槽中只绕一层绕组，中间的绕组为双层绕组。所述的次级侧3包括磁障9、导磁条10和辅助永磁体11，在导磁条10内设有多个磁障9，在每个磁障9中设有辅助永磁体11。所述的导磁条10的端部中心距宽度由内到外依次为W1、W2、W3、W4，W1到W4的宽度依次递增，从W1到W4每个宽度的递增量为(0.4～0.6)W1。
如图1所示，本发明的无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机由底部箱体1,直线导轨2,次级侧3,滑块4，初级侧5，工作台6组成。通过螺栓将直线导轨2以及次级3侧固定在底座箱体1上.通过螺栓将初级测5和滑块4分别连接在工作台上6。滑块4和直线导轨2构成移动副。初级侧5和次级侧4之间有气隙，在磁场作用下，工作台6沿导轨进行直线运动。本发明的重点在于初级侧5以及次级侧3的尺寸设计和它们之间的相互配合。
如图2所示，初级侧5部分主要是一块硅钢片7，该硅钢片7中有着多个凹槽。在次级槽中缠绕分布式三相绕组槽8，接入三相电源励磁，该新型无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机通入三相正弦交流电，产生沿导轨方向传递的正弦磁场，由于初级侧5和次级侧3的磁场强度有差值，在电磁力的作用下，初级侧5以及相连接的工作台进行直线运动。
次级侧3部分具有多段结构。每段的长度等于该新型无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机的极距，在制造时，以每个磁极为一个制造单元。在电机制造时，可根据需要的工作台所需行程长度，选取次级侧磁极数。如图3所示，在有铁肋的磁极单元中，在硅钢片中切去一些部分，形成磁障9，硅钢片端部有铁肋12连接，仍为一个整体。但在本发明所述的无铁肋电机中，硅钢片端部没有铁肋12，故导磁条10为一个个离散的单元。在每层磁障9中间位置，还放置了辅助永磁体11。保证这些导磁条10和辅助永磁体11相对位置关系不变并使整个磁极形成一个整体的方法为：在有铁肋12次级的空气磁障9中，先放置辅助永磁体11，再铸入树脂，树脂凝固后，将各个导磁块10和辅助永磁体11包裹在一起，成一个整体单元。为了使最上层导磁块也能被树脂包住，将最上层的导磁块中间部分切除。最后，将铁肋切除，形成如图4所示的无铁肋结构。图4中的空白部分都是填充的树脂材料。次级的磁障9位置分布关系为：次级侧3四个导磁条10的端部中心距宽度由内到外依次为W1、W2、W3、W4，W1到W4的宽度依次递增，从W1到W4每个宽度的递增量为(0.4～0.6)W1。
辅助永磁体11插入在每个磁障9的中间位置，呈对称分布，排列由上到下依次增大，充磁方向为竖直方向，相邻两个磁极的方向相反。
本发明通过一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机的初级侧和次级侧的几何形状设计，比起永磁同步直线电机，它在成本方面具有竞争优势，驱动效率高，永磁强磁性材料使用少，在直线驱动场合的使用中具有较高性价比的驱动装置。
Claims (6)
1.一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，其特征在于，包括电机的底部箱体(1)，在底部箱体(1)上设有直线导轨(2)和次级侧(3)，次级侧(3)设置直线导轨(2)之间，在直线导轨(2)和次级侧(3)的上部设有滑块(4)、初级侧(5)和工作台(6)，直线导轨(2)与滑块(4)连接构成移动副，滑块(4)和初级侧(5)被固定在工作台(6)上，初级侧(5)和次级侧(3)相对，两者之间设有间隙。
2.如权利要求1所述的一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，其特征在于，所述的初级侧(5)包括硅钢片(7)，在硅钢片(7)内设有绕组槽(8)，槽数为15k+6(k为极对数)，初级侧(5)的起始端和末尾端的槽中只绕一层绕组，中间的绕组为双层绕组。
3.如权利要求1所述的一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，其特征在于，所述的次级侧(3)包括磁障(9)、导磁条(10)和辅助永磁体(11)，在导磁条(10)内设有多个磁障(9)，在每个磁障(9)中设有辅助永磁体(11)。
4.如权利要求3所述的一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，其特征在于，所述的磁障(9)中填充树脂或塑料等不导磁材料，通过树脂或塑料等不导磁材料将各个导磁条(10)和辅助永磁体(11)包裹为一个整体。
5.如权利要求3所述的一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，其特征在于，所述的磁障(9)中间设置有辅助永磁体(11)，辅助永磁体(11)与磁障(9)等宽，辅助永磁体(11)长度从上到下依次变大，辅助永磁体(11)对称分布，辅助永磁体(11)充磁方向为竖直方向。
6.如权利要求3所述的一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机，其特征在于，所述的导磁条(10)的端部中心距宽度由内到外依次为W1、W2、W3、W4，W1到W4的宽度依次递增，从W1到W4每个宽度的递增量为(0.4～0.6)W1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010736060.5A CN111884474A (zh) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010736060.5A CN111884474A (zh) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111884474A true CN111884474A (zh) | 2020-11-03 |
Family
ID=73201772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010736060.5A Pending CN111884474A (zh) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111884474A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112821709A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-05-18 | 同济大学 | 一种双边短初级同步磁阻直线电机 |
| CN112953159A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-06-11 | 合肥工业大学 | 一种高推力密度的双边型永磁辅助直线同步磁阻电机 |
| CN114744847A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-07-12 | 山东大学 | 一种圆筒型同步磁阻直线电机 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1738152A (zh) * | 2005-08-26 | 2006-02-22 | 清华大学 | 磁钢辅助励磁的粘结式轴向迭片同步磁阻电机 |
| CN101752982A (zh) * | 2010-01-15 | 2010-06-23 | 中国科学院电工研究所 | 一种轻自重的单边直线感应电动机 |
| JP2013502196A (ja) * | 2009-08-14 | 2013-01-17 | エービービー リサーチ リミテッド | 同期リラクタンス機械用のモジュール式ロータ |
| CN204425064U (zh) * | 2015-02-12 | 2015-06-24 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 同步磁阻电机的转子及同步磁阻电机 |
| CN109167502A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-08 | 沈阳工业大学 | 一种永磁辅助笼障转子同步电机 |
| CN109951049A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-06-28 | 诺丁汉(余姚)智能电气化研究院有限公司 | 同步磁阻式直线电机 |
-
2020
- 2020-07-28 CN CN202010736060.5A patent/CN111884474A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1738152A (zh) * | 2005-08-26 | 2006-02-22 | 清华大学 | 磁钢辅助励磁的粘结式轴向迭片同步磁阻电机 |
| JP2013502196A (ja) * | 2009-08-14 | 2013-01-17 | エービービー リサーチ リミテッド | 同期リラクタンス機械用のモジュール式ロータ |
| CN101752982A (zh) * | 2010-01-15 | 2010-06-23 | 中国科学院电工研究所 | 一种轻自重的单边直线感应电动机 |
| CN204425064U (zh) * | 2015-02-12 | 2015-06-24 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 同步磁阻电机的转子及同步磁阻电机 |
| CN109167502A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-08 | 沈阳工业大学 | 一种永磁辅助笼障转子同步电机 |
| CN109951049A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-06-28 | 诺丁汉(余姚)智能电气化研究院有限公司 | 同步磁阻式直线电机 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112821709A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-05-18 | 同济大学 | 一种双边短初级同步磁阻直线电机 |
| CN112953159A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-06-11 | 合肥工业大学 | 一种高推力密度的双边型永磁辅助直线同步磁阻电机 |
| CN112953159B (zh) * | 2021-04-26 | 2022-07-12 | 合肥工业大学 | 一种高推力密度的双边型永磁辅助直线同步磁阻电机 |
| CN114744847A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-07-12 | 山东大学 | 一种圆筒型同步磁阻直线电机 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111884474A (zh) | 一种无铁肋永磁辅助同步磁阻直线电机 | |
| CN101783574B (zh) | 环形绕组分段式永磁同步直线电机 | |
| CN109889014B (zh) | 一种初级绕组分段永磁直线同步电机 | |
| CN106549547B (zh) | 一种混合磁钢磁通切换记忆电机 | |
| CN107070165B (zh) | 一种磁通反向型永磁直线电机及其应用 | |
| CN201478982U (zh) | 混合励磁型双凸极结构直线电机 | |
| CN102044951A (zh) | 双边磁通切换永磁直线电动机 | |
| CN101499707A (zh) | 城市轨道交通用初级永磁型直线电机 | |
| CN104578637A (zh) | 一种双定子永磁直线电机及电机模组 | |
| CN105871171B (zh) | 一种变磁通直线同步电动机 | |
| CN102739010B (zh) | 整数槽双层环形绕组直线电机 | |
| CN204858933U (zh) | 一种c型无铁芯直线电机 | |
| CN101656459A (zh) | 城市轨道列车用磁场可控型初级永磁结构直线电机 | |
| CN112701873A (zh) | 一种平板型混合永磁直线电机 | |
| CN201956874U (zh) | 一种永磁直驱式直线电机 | |
| CN102082490A (zh) | 一种大推力永磁直驱式直线电机 | |
| CN203434835U (zh) | 模块化容错磁通切换永磁直线电机 | |
| CN201985741U (zh) | 双边磁通切换永磁直线电动机 | |
| CN102306996B (zh) | 一种圆筒形直线电机 | |
| CN201360210Y (zh) | 长次级直线永磁电机 | |
| CN111934461B (zh) | 双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机 | |
| Jia et al. | Optimization of transverse flux permanent magnet machine with double omega-hoop stator | |
| CN108110987B (zh) | 双定子无动子轭有取向硅钢片永磁直线电机 | |
| CN110571956A (zh) | 一种永磁四极三相同步发电机转子 | |
| CN202721591U (zh) | 一种高功率密度的开关磁阻直线电机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201103 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |