CN113054762A - 一种聚磁式直驱永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种聚磁式直驱永磁电机，主要结构包括动子和定子两个部件，可以为直线电机或旋转电机。本发明的主要特点在于，动子铁心与定子铁心中得多个永磁体通过特定设计的安装方式以及充磁方向，以及动子与定子之间采用特定相对位置装配，使得多个永磁体聚磁效应显著，从而获取较高得永磁磁场利用率以及较小得漏磁系数，进而显著增大了推力密度。本发明所涉及得一种聚磁式直驱永磁电机，具有推力密度高、推力波动小、成本低廉、加工装配简单、运行可靠、易于多模块拓展等优势。

Description

一种聚磁式直驱永磁电机
技术领域
本发明涉及的是永磁同步直线电机技术领域，具体涉及一种聚磁式直驱永磁电机。
背景技术
本申请要求引用以下专利的优先权：一种聚磁式无磁轨直线电机（2021100157351）。
近些年来，随着高端机床、3C行业、激光切割、液晶面板、锂电行业的快速发展，对于高速度、高精度、以及长行程直线行进的应用场合，基于丝杆或皮带传动的滑动型直线运动系统，已经难以满足实际应用需求。直线电机可以再基于传统旋转电机工作原理的基础上，直接产生直线运动，适合长行程，高精度，高动态响应，高寿命等工况，近年来越发受到市场的青睐。
目前直线电机主流方案通常采用永磁直线电机。传统永磁直线电机的工作原理为在定子上放置永磁体，在动子上放置线圈绕组，当采用变频器或驱动器为线圈绕组通入三相或多相交流电，从而产生推力。目前所有厂商生产的永磁直线电机，均需要在定子上大量铺设N-S极交替的永磁体做成的磁轨，该特征导致以下五个缺陷：
(1)价格极其昂贵：因为永磁体的主要成分铷铁硼或钐钴，均为稀土材料，成本高昂且稀缺，在定子上铺满稀土永磁体，应用于长行程场合时价格及其昂贵。
(2)安装运输附加成本高：永磁体会在周围产生强大的磁场，在定子的制作过程中需要做特殊的隔磁防护罩，进一步增加成本。
(3)电机寿命短：定子上的强磁场在电机运行时，会吸引铁屑，灰尘进电机，影响电机寿命。虽然一些厂家会在防尘上采用手段，如采用屏蔽罩、风琴罩等防尘措施，但此举无疑会增加电机成本。
(4)产生电磁干扰：定子上的永磁体会在周围产生强力磁场，会干扰周围电子元器件的正常运行，导致在3C行业的精密检测领域应用受限。
(5)安全隐患大：强力永磁体在电机的搬运，安装和使用过程中，若操作不当，会导致工人受伤。
为解决上述问题，同时兼顾定子无磁轨式直线电机与传统电机各自优势，本发明从减少永磁体用量，同时提高推力密度、降低漏磁系数与推力波动的角度入手，设计了一种聚磁式直驱永磁电机。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种聚磁式直驱永磁电机，包括动子与定子两大部件，其特征在于：动子包括动子铁芯、绕组、以及动子永磁体，其中动子铁芯为软磁材料，由若干个动子齿部通过动子轭部连接构成，动子齿部上安装有不少于一组的动子聚磁单元，动子聚磁单元位于动子齿部的极靴处，每个动子聚磁单元包含有三个动子永磁体和用于固定其安装位置的软磁材料，三个动子永磁体的充磁方向为指向动子聚磁单元中心处或沿动子聚磁单元中心处向外，三个动子永磁体沿充磁方向呈C型排列，每个动子永磁体之间均保有一定宽度的软磁材料，每个动子聚磁单元两侧均保有一定宽度的软磁材料，同一个动子齿部中的不同聚磁单元之间具有隔磁桥，定子包括定子铁心与定子永磁体，定子铁心为软磁材料，定子上具有若干定子齿部和定子槽部沿运动方向排列，每个定子槽内安装有一组定子聚磁单元，每个定子聚磁单元包含三个定子永磁体，三个定子永磁体的充磁方向为指向定子聚磁单元中心处或沿定子聚磁单元中心处向外，三个定子永磁体沿充磁方向呈C型排列，定子齿部之间的间隔距离所遵循设计原则为：当定子齿部与位于某个聚磁单元中间的永磁体对齐时，该定子齿两侧的定子齿则与该聚磁单元两侧的软磁材料对齐或近似对齐。
一台完整的聚磁式直驱永磁电机通常包含两个以上电机工作相，每个电机工作相可由一个或多个由动子轭部连接的动子齿部构成，每个动子齿部沿运动方向之间的间隔距离可以为非固定值。动子与定子沿运动方向的法向装配，两者之间保有一定气隙。
本发明还可以产生多类变种电机，例如，将动子与定子改造成沿周向闭合结构，可以作为旋转永磁电机使用，所有主要特征均保留，此时原动子与定子分别变为旋转电机的定子与转子。另外，还可以在保留主要特征的前提下，通过适当省略部分永磁体，以降低成本。例如，省略定子聚磁单元中最下侧的永磁体，本发明依然具备良好的聚磁效果。省略定子上所安装的定子永磁体，本发明可变化为一台聚磁式无磁轨直驱永磁电机，该类电机具有与专利201910292525X类似的特征优势，采用定子无磁轨结构，成本低廉，但本发明具有更大的推力密度。
本发明具有以下有益效果：
1、聚磁效应显著，漏磁系数小，永磁体磁能利用充分，进而显著提高推力密度，可实现高加速性能和强带负载性能。
2、结构简单、易于实现，永磁体安装简单可靠。
3、定子上仅铺设少量永磁体，或采用完全不铺设永磁体的定子无磁轨结构，成本低廉、运输方便。
附图说明
下面结合附图和一种具体实施示例来详细说明本发明；
图1为本发明的三种直线型直驱永磁电机具体实例示意图；
图2为基于本发明原理设计的旋转式直驱永磁电机实例示意图；
图3为本发明动子聚磁单元或定子聚磁单元不同结构形式与充磁方向的示意图；
图4为本发明单个动子齿部中含有多个聚磁单元的示意图；
图5为本发明定子齿结构(安装定子永磁体前)不同设计方式示意图；
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合一种本发明的具体实施实例来进一步阐述本发明。
一种聚磁式直驱永磁电机，包括动子与定子两大部件，其特征在于：动子包括动子铁芯(1)、绕组(2)、以及动子永磁体(3)，其中动子铁芯为软磁材料，由若干个动子齿部(4)通过动子轭部(5)连接构成，动子齿部上安装有两组动子聚磁单元(6)，动子聚磁单元位于动子齿部的极靴处，每个动子聚磁单元包含有三个动子永磁体和用于固定其安装位置的软磁材料，三个动子永磁体的充磁方向为指向动子聚磁单元中心处或沿动子聚磁单元中心处向外，三个动子永磁体沿充磁方向呈C型排列，每个动子永磁体之间均保有一定宽度的软磁材料，每个动子聚磁单元两侧均保有一定宽度的软磁材料，同一个动子齿部中的不同聚磁单元之间具有隔磁桥(7)，定子包括定子铁心(8)与定子永磁体(9)，定子铁心为软磁材料，定子上具有若干定子齿部和定子槽部沿运动方向排列，每个定子槽内安装有一组定子聚磁单元，每个定子聚磁单元包含三个定子永磁体(9)，三个定子永磁体的充磁方向为指向定子聚磁单元中心处或沿定子聚磁单元中心处向外，三个定子永磁体沿充磁方向呈C型排列。定子齿部之间的间隔距离所遵循设计原则为：当定子齿部与位于某个聚磁单元中间的永磁体对齐时，该定子齿两侧的定子齿则与该聚磁单元两侧的软磁材料对齐或近似对齐。上述实例的动子齿部上安装有两组动子聚磁单元，当动子齿部仅安装一组动子聚磁单元时，齿部不含隔磁桥(7)。
述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，除上述说明所提到的变种电机类型外，本发明还会有更多变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种聚磁式直驱永磁电机，包括动子与定子两大部件，其特征在于：动子包括动子铁芯(1)、绕组(2)、以及动子永磁体(3)，其中动子铁芯为软磁材料，由若干个动子齿部(4)通过动子轭部(5)连接构成，动子齿部上安装有不少于一组的动子聚磁单元(6)，动子聚磁单元位于动子齿部的极靴处，每个动子聚磁单元包含有三个动子永磁体和用于固定其安装位置的软磁材料，三个动子永磁体的充磁方向为指向动子聚磁单元中心处或沿动子聚磁单元中心处向外，三个动子永磁体沿充磁方向呈C型排列，每个动子永磁体之间均保有一定宽度的软磁材料，每个动子聚磁单元两侧均保有一定宽度的软磁材料，同一个动子齿部中的不同聚磁单元之间具有隔磁桥(7)，定子包括定子铁心(8)与定子永磁体(9)，定子铁心为软磁材料，定子上具有若干定子齿部和定子槽部沿运动方向排列，每个定子槽内安装有一组定子聚磁单元，每个定子聚磁单元包含三个定子永磁体(9)，三个定子永磁体的充磁方向为指向定子聚磁单元中心处或沿定子聚磁单元中心处向外，三个定子永磁体沿充磁方向呈C型排列，定子齿部之间的间隔距离所遵循设计原则为：当定子齿部与位于某个聚磁单元中间的永磁体对齐时，该定子齿两侧的定子齿则与该聚磁单元两侧的软磁材料对齐或近似对齐。
2.根据权利要求1所述的一种聚磁式直驱永磁电机，其特征在于，每个电机工作相可由一个或多个由动子轭部连接的动子齿部构成。
3.根据权利要求1所述的一种聚磁式直驱永磁电机，其特征在于，每个动子齿部沿运动方向之间的间隔距离可以为非固定值。
4.根据权利要求1所述的一种聚磁式直驱永磁电机，其特征在于，将动子与定子改造成沿周向闭合结构，可以作为旋转永磁电机使用，所有主要特征均保留，此时原动子与定子分别变为旋转电机的定子与转子。
5.根据权利要求1所述的一种聚磁式直驱永磁电机，其特征在于，可以在保留主要特征的前提下，通过适当省略部分永磁体，以降低成本。
6.根据权利要求1所述的一种聚磁式直驱永磁电机，其特征在于，定子齿部形状可以为任意规则或非规则形状，可以为直齿结构或斜齿结构。
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