CN111934461A - 双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，涉及电机领域。本发明是为了解决现有双边次级无铁心结构直线永磁同步电机采用整数槽单层绕组，线圈的两个有效边在同一平面内，线圈端部重叠，绝缘特性差；以及绕组完全封装在导热系数低的环氧树脂里，散热性能差的问题。本发明采用双层整距绕组，提高了绕组因数和推力密度，降低了电机推力波动和次级永磁体涡流损耗，实现了线圈端部非重叠，提高了绕组绝缘性能。采用线圈端部直接液体冷却，提高了电机的冷却能力及输出能力。绕组基板采用高强度材料，提高了电机初级结构强度和电枢线圈排列精度。通过合理设计绕组端部附近次级铁心尺寸，增大了绕组漏抗，降低了电流谐波，减小了次级永磁体涡流损耗。

Description

双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机
技术领域
本发明属于电机领域，尤其涉及直线永磁同步电机的初级。
背景技术
如图10至12所示为现有技术中的双边次级无铁心结构直线永磁同步电机的结构示意图。该电机的次级由轭板和平板形永磁体构成，永磁体沿与运动方向垂直的方向平行充磁，永磁体沿运动方向N、S相间依次排列并固定在次级轭板气隙侧，双边次级对应永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路，初级位于两个次级之间。永磁体产生气隙磁场的法向分量垂直穿过初级，通电的初级绕组与次级永磁体磁场相互作用，产生电磁力，推动动子作直线运动。该结构直线电机具有推力线性度高、过载能力强、动态响应快、运行噪声低等特点。
但是，该无铁心直线永磁同步电机采用整数槽单层绕组，绕组的两个有效边在同一平面内，线圈端部重叠，绝缘特性差；初级加工制造工艺性差、加工成型后维护困难；绕组完全封装在导热系数低的环氧树脂里，散热性能差，初级温升高后，环氧树脂变软，初级结构强度降低。
发明内容
本发明是为了解决现有双边次级无铁心结构直线永磁同步电机采用整数槽单层绕组，线圈的两个有效边在同一平面内，线圈端部重叠，绝缘特性差；以及绕组完全封装在导热系数低的环氧树脂里，散热性能差的问题，现提供双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机。
双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，包括一个初级、两个次级和底座，两个次级分别位于初级的两侧、且初级与次级之间形成气隙，两个次级底部通过底座相连，次级包括轭板和2n个永磁体，n为正整数，2n个永磁体沿电机运动方向N、S极交替排列并固定在轭板的气隙侧，两个次级中相互正对的永磁体充磁方向相同；
初级包括基板、mj个线圈和输出板，其中m为初级绕组的相数，j为正整数，线圈为矩形、且四个角均设有弧形倒角，mj个线圈均套接在基板上，每个线圈的两个有效边分别位于基板的两侧、且线圈环面与基板板面之间夹角为锐角，线圈的节距等于极距，输出板沿电机运动方向设置，输出板固定在mj个线圈顶端、并与基板两端相连。
进一步的，上述初级为液体冷却结构。
进一步的，上述基板上端设有冷却管道，冷却管道沿基板顶端三条边排布，冷却管道位于基板的顶端与线圈顶端内环面之间。
进一步的，上述基板内部沿其长度方向开有四条冷却液体流道，四条冷却液体流道两两一组分别位于基板的上部和下部。
进一步的，上述初级还包括液体冷却基板，液体冷却基板内部沿其长度方向设有冷却液体流动通道，液体冷却基板沿电机运动方向设置、且位于基板的顶端与线圈顶端内环面之间。
进一步的，上述输出板内部沿其长度方向开有冷却液体流动通道，初级还包括热传导板，热传导板位于输出板与线圈顶端之间。
进一步的，上述基板为非磁性薄板，初级采用环氧树脂灌封。
进一步的，上述永磁体的高度小于等于线圈有效边的长度，位于永磁体上下侧轭板的厚度大于固定有永磁体处轭板的厚度、且小于永磁体厚度和固定有永磁体处轭板厚度之和。
进一步的，上述次级为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构，或Halbach永磁体阵列结构。
进一步的，上述轭板的顶端设有导轨。
本发明所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，通过采用双层整距绕组，提高了绕组因数和推力密度，降低了电机推力波动和次级永磁体涡流损耗，实现了线圈端部非重叠，提高了绕组绝缘性能。采用线圈端部直接液体冷却，提高了电机的冷却能力及输出能力。绕组基板采用高强度材料，提高了电机初级结构强度和电枢线圈排列精度。通过合理设计绕组端部附近次级铁心尺寸，增大了绕组漏抗，降低了电流谐波，减小了次级永磁体涡流损耗。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机中初级的结构示意图；
图2为具体实施方式一所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机中一侧次级的结构示意图；
图3为具体实施方式一所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机去掉输出板时的俯视图；
图4为具体实施方式一所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机去掉一侧次级时的立体图；
图5为具体实施方式一所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机的立体图；
图6为具体实施方式二所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机中初级的结构示意图；
图7为具体实施方式二所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机去掉一侧次级时的立体图；
图8为具体实施方式三所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机中初级的结构示意图；
图9为具体实施方式三所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机去掉一侧次级时的立体图；
图10为背景技术所述双边次级无铁心结构直线永磁同步电机的结构示意图；
图11为背景技术所述双边次级无铁心结构直线永磁同步电机中初级的结构示意图；
图12为背景技术所述双边次级无铁心结构直线永磁同步电机中次级的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图5具体说明本实施方式，本实施方式所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，包括一个初级、两个次级和底座7。两个次级分别位于初级的两侧、且初级与次级之间形成气隙。两个次级底部通过底座7相连。次级包括：板3和12块永磁体4，12块永磁体4沿电机运动方向N、S极交替排列并固定在轭板3的气隙侧、从而次级的12个磁极。两个次级中相互正对的永磁体4充磁方向相同。
初级包括：基板1、18个线圈2和输出板5。线圈2为矩形、且四个角均设有弧形倒角。三相初级绕组的18个线圈2均套接在基板1上，每个线圈2的两个有效边分别位于基板1的两侧并与基板1的两侧相互贴合，线圈2的面与基板1板面之间夹角为锐角，线圈2顶边的中点与基板1的顶端相接触，线圈2的节距等于极距。输出板5沿电机运动方向设置，输出板5固定在mj个线圈2顶端、并与基板1两端相连。
本实施方式所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，通过采用双层整距绕组，提高了绕组因数和推力密度，降低了电机推力波动和次级永磁体涡流损耗，实现了线圈端部非重叠，提高了绕组绝缘性能。
具体实施方式二：参照图6和7具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，初级为液体冷却结构。具体为：
基板1上端设有“U”形的冷却管道8，冷却管道8沿基板1顶端三条边排布，冷却管道8位于基板1的顶端与线圈2顶端内环面之间。
本实施方式所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，采用线圈端部直接液体冷却，提高了电机的冷却能力及输出能力。
具体实施方式三：参照图8和9具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，初级为液体冷却结构。具体为：
基板1内部沿其长度方向开有四条冷却液体流道9，四条冷却液体流道9两两一组分别位于基板1的上部和下部。
本实施方式所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，采用线圈端部直接液体冷却，提高了电机的冷却能力及输出能力。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，初级为液体冷却结构。具体为：
初级还包括液体冷却基板，液体冷却基板内部沿其长度方向设有冷却液体流动通道，
液体冷却基板沿电机运动方向设置、且位于基板1的顶端与线圈2顶端内环面之间。
本实施方式所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，采用线圈端部直接液体冷却，提高了电机的冷却能力及输出能力。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，初级为液体冷却结构。具体为：
输出板5内部沿其长度方向开有冷却液体流动通道，初级还包括热传导板，热传导板位于输出板5与线圈2顶端之间。
本实施方式所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，采用线圈端部直接液体冷却，提高了电机的冷却能力及输出能力。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四或五所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机作进一步说明，本实施方式中，
基板1为非磁性薄板，初级采用环氧树脂灌封；绕组基板采用高强度材料，提高了电机初级结构强度和电枢线圈排列精度。
永磁体4的高度小于等于线圈有效边的长度，位于永磁体4上下侧轭板3的厚度大于固定有永磁体4处轭板3的厚度、且小于永磁体厚度和固定有永磁体4处轭板3厚度之和。通过合理设计绕组端部附近次级铁心尺寸，增大了绕组漏抗，降低了电流谐波，减小了次级永磁体涡流损耗。
次级为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构，或Halbach永磁体阵列结构。
轭板3的顶端设有导轨6。
综上所述，本发明所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，绕组结构、冷却结构高度集成，初级的线圈排列精度高、制造容易、机械强度高、冷却效果好，电机推力密度高、推力波动低、次级涡流损耗小。

Claims (10)

1.双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，包括一个初级、两个次级和底座(7)，两个次级分别位于初级的两侧、且初级与次级之间形成气隙，两个次级底部通过底座(7)相连，次级包括轭板(3)和2n个永磁体(4)，n为正整数，2n个永磁体(4)沿电机运动方向N、S极交替排列并固定在轭板(3)的气隙侧，两个次级中相互正对的永磁体(4)充磁方向相同；
其特征在于，初级包括基板(1)、mj个线圈(2)和输出板(5)，其中m为初级绕组的相数，j为正整数，线圈(2)为矩形、且四个角均设有弧形倒角，mj个线圈(2)均套接在基板(1)上，每个线圈(2)的两个有效边分别位于基板(1)的两侧、且线圈(2)环面与基板(1)板面之间夹角为锐角，线圈(2)的节距等于极距，输出板(5)沿电机运动方向设置，输出板(5)固定在mj个线圈(2)顶端、并与基板(1)两端相连。
2.根据权利要求1所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，其特征在于，初级为液体冷却结构。
3.根据权利要求2所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，其特征在于，基板(1)上端设有冷却管道(8)，冷却管道(8)沿基板(1)顶端三条边排布，冷却管道(8)位于基板(1)的顶端与线圈(2)顶端内环面之间。
4.根据权利要求2所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，其特征在于，基板(1)内部沿其长度方向开有四条冷却液体流道(9)，四条冷却液体流道(9)两两一组分别位于基板(1)的上部和下部。
5.根据权利要求2所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，其特征在于，初级还包括液体冷却基板，液体冷却基板内部沿其长度方向设有冷却液体流动通道，
液体冷却基板沿电机运动方向设置、且位于基板(1)的顶端与线圈(2)顶端内环面之间。
6.根据权利要求2所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，其特征在于，输出板(5)内部沿其长度方向开有冷却液体流动通道，初级还包括热传导板，热传导板位于输出板(5)与线圈(2)顶端之间。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，其特征在于，基板(1)为非磁性薄板，初级采用环氧树脂灌封。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，其特征在于，永磁体(4)的高度小于等于线圈有效边的长度，位于永磁体(4)上下侧轭板(3)的厚度大于固定有永磁体(4)处轭板(3)的厚度、且小于永磁体厚度和固定有永磁体(4)处轭板(3)厚度之和。
9.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，其特征在于，次级为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构，或Halbach永磁体阵列结构。
10.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的双层整距绕组无铁心直线永磁同步电机，其特征在于，轭板(3)的顶端设有导轨(6)。
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