CN112994403A - 一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构，包括初级齿、初级轭和多个圆环绕组；该初级齿和初级轭为分离的组件，紧密地套装在一起，构成初级铁心；每两个初级齿组件之间嵌放有一个或多个圆环绕组；环状的初级齿组件由多个同规格的齿部铁心块沿等边多边形的边长来阵列排布，每个铁心块由硅钢片沿圆周方向叠压制成；初级轭组件由沿电机运动方向的硅钢片叠压而成，且每个叠片沿圆周方向均匀开设若干轭部浅槽，以阻断沿该方向的涡流路径。本发明采用齿轭分离、不同方向叠片的方式组合成初级铁心，能有效地减小齿槽型圆筒直线电机的涡流损耗，提升电机的效率，同时令电机保持较高的推力密度。

Description

一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构。

背景技术

与传统的旋转—直线传动机构相比，直线电机系统可以直接向负载提供直线推力而不需要任何机械转换装置，具有动态相应快、可靠性高的特点。在直线电机的众多拓扑结构中，圆筒型永磁同步直线电机的磁场在圆周方向是封闭的，磁路对称性好，没有横向边端效应，结构简单，力密度高，伺服性能好，因而备受关注。相比于无槽型的圆筒直线电机，齿槽直线电机可以提供更高的推力密度和传动效率，但齿槽型直线电机的初级是套筒型结构，会形成较大的涡流，极大影响了电机的性能，限制其应用范围的拓展，因此减少涡流损耗对于齿槽型圆筒直线电机的实用化非常重要。现有的—种圆筒型直线电机的初级结构(公开号：111668946A)，初级铁心采用分块拼接方式，具有较好的涡流抑制作用，但此时初级轭铁心缺失较多，空隙过大易造成推力密度的下降，导致电磁能量的无法高效利用。

发明内容

本发明为克服现有技术中存在的不足之处，提出一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构，以期能使圆筒型直线电机在维持较高推力密度的基础上，有效地减小齿槽型圆筒直线电机的涡流损耗，从而提升电机的效率，并实现电磁能量的高效利用。

本发明为达到上述发明目的采用如下技术方案：

本发明一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构，包括初级齿、初级轭和多个圆环绕组，其特点在于：所述初级齿和初级轭为分离的组件，且所述初级轭套装在所述初级齿的外部，并构成初级铁心。

所述初级齿包括多个齿部铁心环，每两个齿部铁心环之间嵌放有一个或多个圆环绕组；

所述齿部铁心环是由多个相同尺寸的齿部铁心块按照圆周方向均匀排布而成；且所述齿部铁心块为矩形硅钢片或T形硅钢片沿圆周方向叠压制成；且同一齿部铁心环上的各齿部铁心块之间在其内圆周上相接成等边多边形，在其外圆周上形成有缝隙；

所述初级轭是由沿电机运动方向的轭部铁心环叠压而成，且所述轭部铁心环为硅钢片；且每个轭部铁心环的内侧在沿圆周方向上均匀开设有若干个轭部浅槽，以阻断沿圆周方向上的涡流路径。

本发明一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构的特点也在于：

以所述初级齿的内径为半径构成圆，以该圆的外切等边多边形的边长为齿部铁心块中硅钢片叠加后的总厚度，且所述齿部铁心块的个数等于外切等边多边形的边数。

所述齿部铁心块是由两块薄绝缘板夹持固定；在一个薄绝缘板上设置若干组定位孔，在另一个薄绝缘板上设置有定位销，以所述定位销插入定位孔形成对中间的齿部铁心块的夹持结构。

所述初级轭呈圆环状，其内径为初级齿的外切圆半径。

所述轭部浅槽位于两个所述齿部铁心块的中心线处，且所述轭部浅槽的数量与齿部铁心块的数量相等。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明是采用齿轭分离、不同方向叠片的方式组合成初级铁心，该初级铁心由初级齿和初级轭分体组装构成，在不增加工艺制造难度的前提下，可以有效地阻断筒型铁心中的涡流路径，减小了涡流损耗，同时初级轭的管状铁心也无较大空隙，保证了电磁能量转换的高效率，使得电机实现了高的推力密度输出。

2、本发明中每两个齿部铁心环之间嵌放有一个或多个圆环绕组。散布的齿部铁心块之间存在一定的缝隙，在减轻初级质量的同时，也有利于初级线圈的散热，避免了出现温升过高的现象。齿部铁心块通过两块薄绝缘板夹持固定，薄绝缘板与定位销是非导电非导磁材料，不对电机的磁场产生任何影响。同时，该绝缘板又起到导线和铁心的电气隔离作用，在同电压等级下选用的槽绝缘具有相同的厚度即可。

3、本发明中初级轭的内径为初级齿的外切圆半径，以保证两者能够紧密地套装在一起。初级轭由沿电机运动方向的硅钢片叠压而成，同时每个硅钢片在圆周方向上开槽，以截断径向和轴向方向上的涡流。硅钢片上开槽的数量与齿部铁心块的数量相等，并位于两块相邻齿部铁心块的中线上，最大程度地减小了初级铁心的空隙，增大了管状铁心有效导磁面积，提高了电机初、次级之间的电磁能量转换效率，为高性能电机方案的实现提供了有效的技术途径。

附图说明

图1是本发明的初级结构整体示意图；

图2是本发明的初级齿的示意图；

图3是本发明的初级齿的涡流流向示意图；

图4是本发明的初级轭的示意图；

图5a是本发明的初级轭的圆周方向涡流流向示意图；

图5b是本发明的初级轭的轴向方向涡流流向示意图

图6a是本发明的初级齿部铁心环的结构示意图；

图6b是本发明的初级齿部铁心环的组装示意图；

图7是本发明的固定铁心块的薄绝缘板示意图；

图8是本发明的初级齿部铁心环与圆环绕组的组装示意图；

图中标号:1初级齿；2初级轭；3圆环绕组；4齿部铁心环；5齿部铁心块；6薄绝缘板；7定位销；8定位孔；9轭部铁心环；10轭部浅槽；11焊接槽；12接线槽；13矩形硅钢片；14T形硅钢片。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构，包括初级齿1、初级轭2和多个圆环绕组3；其中，初级齿1和初级轭2为分离的组件，且初级轭2套装在初级齿1的外部，并构成初级铁心。

如图2所示，初级齿1包括多个齿部铁心环4，散布的齿部铁心块5经两块薄绝缘板6、定位销7和定位孔8的夹持定位后形成齿部铁心环4，每两个齿部铁心环4之间嵌放有一个或多个圆环绕组3。齿部铁心环4和圆环绕组3均由两块薄绝缘板6交替夹持，且每个圆环绕组3位于两个齿部铁心环4之间。

如图3所示，齿部铁心块5为矩形硅钢片13或T形硅钢片14沿圆周方向叠压制成，并且同一齿部铁心环4上的各齿部铁心块5之间在其内圆周上相接成等边多边形，在其外圆周上形成有缝隙，这使得电机初级齿1圆周方向的涡流流通路径被截断，有效减小了涡流。

如图4所示，初级轭2呈圆环状，其内径为初级齿1的外切圆半径。初级轭2是由沿电机运动方向的轭部铁心环9叠压而成，轭部铁心环9是厚度为0.5mm的硅钢片。每个铁心环上开有轭部浅槽10、焊接槽11和接线槽12。轭部浅槽10位于两个齿部铁心块5的中心线处，且轭部浅槽10的数量与齿部铁心块5的数量相等。轭部浅槽10开设在轭部铁心环9的内侧，焊接槽11开设在轭部铁心环9的外侧，均不贯穿，同时在轭部开设完全贯穿的接线槽12，引出圆环绕组3接线端。

该初级结构的工作原理是：如图1所示，当具有低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构工作时，多个齿部铁心块5和轭部铁心环9共同组成初级的磁路。齿部铁心块5由硅钢片沿圆周方向叠加构成，抑制初级齿1圆周方向涡流；轭部铁心环9沿轴向方向叠压，阻止初级轭2轴向方向涡流的流通；轭部铁心环9开有轭部浅槽10，降低初级轭2圆周方向涡流的损耗。与此同时，轭部铁心环9结构较为完整，空气间隙小，初级轭2的磁阻小，可以令电机维持较好的电磁性能。

结合图5a、图5b来说明初级轭2的涡流流向。如图5a所示，每个轭部铁心环9在沿圆周方向上均匀开设有12个轭部浅槽10、3个焊接槽11和1个贯穿的接线槽12，在截断圆周方向涡流的流通路径的同时，保留了轭部铁心环9的整体性，降低初级轭2组装的工艺难度。如图5b所示，初级轭2是由沿轴向方向的轭部铁心环9叠压而成，铁心环的轴向叠加可以截断轴向涡流的流通路径，提高电机效率。

结合图6a、图6b来说明齿部铁心环4的组成方式。如图6a所示，每个齿部铁心环4是由12个相同尺寸的齿部铁心块5按照圆周方向均匀排布而成，且齿部铁心块5的个数等于外切等边多边形的边数。每个齿部铁心块5由0.25mm或0.35mm硅钢片叠加形成，以初级齿1的内径为半径构成圆，以该圆的外切等边多边形的边长为齿部铁心块5中硅钢片叠加后的总厚度。如图6b所示，每个齿部铁心块5由两块薄绝缘板6前后夹持，一块薄绝缘板6上有12组共48个定位孔8，另一个薄绝缘板6上有12组共48个定位销7。定位销7安插在插孔中，并由强力胶粘贴固定。

结合图7来说明薄绝缘板6。如图7所示，薄绝缘板6和定位销7均由非导电非导磁材料制成，每个绝缘板呈圆环状，其厚度同电机中常用的槽绝缘的厚度。在一个薄绝缘板6上设置12组定位孔8，在另一个薄绝缘板6上设置有相同数目的定位销7，一个薄绝缘板6上的定位销7插入另一个薄绝缘板6上的定位孔8后，可以在连接两块绝缘板的同时，对齿部铁心块5进行定位固定。

结合图8来展示齿部铁心环4和圆环绕组3的组装方式。如图8所示，齿部铁心块5与圆环绕组3各由两块薄绝缘板6夹持固定，以定位销7插入定位孔8形成对中间的齿部铁心块5或圆环绕组3的夹持结构。薄绝缘板6在完成圆环绕组3固定的同时，起到圆环绕组3与齿部铁心块5的电气隔离，即槽绝缘的作用，节约了电机制作成本，减轻了初级重量。

Claims (5)

1.一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构，包括初级齿(1)、初级轭(2)和多个圆环绕组(3)，其特征在于：

所述初级齿(1)和初级轭(2)为分离的组件，且所述初级轭(2)套装在所述初级齿(1)的外部，并构成初级铁心；

所述初级齿(1)包括多个齿部铁心环(4)，且每两个齿部铁心环(4)之间嵌放有一个或多个圆环绕组(3)；

所述齿部铁心环(4)是由多个相同尺寸的齿部铁心块(5)按照圆周方向均匀排布而成；且所述齿部铁心块(5)为矩形硅钢片(13)或T形硅钢片(14)沿圆周方向叠压制成；同一齿部铁心环(4)上的各齿部铁心块(5)之间在其内圆周上相接成等边多边形，在其外圆周上形成有缝隙；

所述初级轭(2)是由沿电机运动方向的轭部铁心环(9)叠压而成，且所述轭部铁心环(9)为硅钢片；且每个轭部铁心环(9)的内侧在沿圆周方向上均匀开设有若干个轭部浅槽(10)，以阻断沿圆周方向上的涡流路径。

2.根据权利要求1所述的一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构，其特征在于：以所述初级齿(1)的内径为半径构成圆，以该圆的外切等边多边形的边长为齿部铁心块(5)中硅钢片叠加后的总厚度，且所述齿部铁心块(5)的个数等于外切等边多边形的边数。

3.根据权利要求1所述的一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构，其特征在于：所述齿部铁心块(5)是由两块薄绝缘板(6)夹持固定；在一个薄绝缘板(6)上设置若干组定位孔(8)，在另一个薄绝缘板(6)上设置有定位销(7)，以所述定位销(7)插入定位孔(8)形成对中间的齿部铁心块(5)的夹持结构。

4.根据权利要求1所述的一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构，其特征在于：所述初级轭(2)呈圆环状，其内径为初级齿(1)的外切圆半径。

5.根据权利要求1所述的一种低涡流损耗的齿槽型圆筒直线电机的初级结构，其特征在于：所述轭部浅槽(10)位于两个所述齿部铁心块(5)的中心线处，且所述轭部浅槽(10)的数量与齿部铁心块(5)的数量相等。

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