CN113328601A - 一种u型结构聚磁式永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种U型结构聚磁式永磁电机，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，定子(动子)为U型结构，动子(定子)嵌入于U型定子(动子)内部，并与U型定子(动子)保持一定气隙。动子与定子上具有多个按照特性安装方式所安装的永磁体，具有强聚磁效应，显著增大主磁路磁场工作点，并且降低了漏磁系数，进而在更小的体积重量下获取更大的推力密度，同时具备更低廉的成本和更简单的装配方式。另外，通过节省U型定子(动子)上的永磁体用量，可以将本发明简化为成本更低廉，装配更简单，更适用于长行程场合的定子(动子)无磁轨电机结构。
Description
技术领域
本发明涉及的是永磁电机技术领域，具体涉及一种U型结构聚磁式永磁电机。
背景技术
近些年来，随着智能机器人、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大部分存在以下五个缺陷：
(1) 功率密度受限：现有直线电机普遍采用定子永磁体表贴式结构，功率密度已难以进一步提高；
(2) 价格极其昂贵：定子上铺满N-S交替的永磁体，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；
(3)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；
(4)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；
(5)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；
(6)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，专利202110550150.X报道了一种聚磁式直驱永磁电机，该类电机具有更大的功率密度大，可以产生高于传统表贴式永磁直线电机的推力。为了进一步提升功率密度，降低成本，减小体积重量，本发明设计了一种U型结构聚磁式永磁电机。
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U型结构聚磁式永磁电机，包括动子与定子两大部件，其特征在于：定子为U型结构，动子嵌装与定子内部，并与定子之间保有一定气隙，定子包括定子铁芯与定子聚磁单元，动子包括绕组、动子铁芯、以及动子聚磁单元，完整的动子由不少于2个动子单元构成，1个动子单元包含1套绕组，1个动子铁芯以及不少于1个动子聚磁单元，动子聚磁单元呈O型结构，由不少于4个永磁体构成，所有永磁体的充磁方向指向动子聚磁单元中心处或沿动子聚磁单元中心处向外，动子聚磁单元中每个永磁体之间均保有一定宽度的动子铁芯材料，每个动子聚磁单元之间也均保有一定宽度的动子铁芯材料，定子铁芯为U型结构，定子铁芯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1组定子聚磁单元，定子聚磁单元由2个永磁体构成，该2个永磁体充磁方向为相向充磁或相反充磁，定子齿部之间的间隔距离所遵循设计原则为：当某一侧定子齿部与位于某个动子聚磁单元中间的永磁体对齐时，该定子齿部两侧的定子齿部则与该动子聚磁单元两侧的软磁材料对齐或近似对齐，另一侧定子齿部则与该聚磁单元中永磁体之间的动子铁芯材料部分对齐或近似对齐。本发明中的动子与定子可以互换使用，另外，定子通常采用导磁材料，而定子则可以采用非导磁材料，构成无铁芯动子结构，以获取更轻的动子质量，进而获取更高加速度。
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，定子与转子也可以互换使用。另外，还可以通过省略U型定子上所安装的永磁体，本发明可变种为定子无磁轨结构，具备更低廉的成本，更适用于长行程行进场合。
本发明具有以下有益效果：
1. 动子取消了齿部与轭部，具有更小的体积与质量，可实现更高的极限加速度；
2. 动子中永磁体排布方式具有很强的聚磁效应，能够显著提高磁路工作点。
3. 电机整体宽度更小，更适用于狭窄的安装环境；
4. 动子与定子之间左右两侧磁吸力相互抵消，因此不存在额外磁吸力，固有摩擦力大大减小。
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为本发明的两种U型结构永磁直线电机具体实例示意图；
图2为本发明动子聚磁单元不同结构形式与充磁方向的示意图；
图3为本发明定子聚磁单元充磁方向的示意图；
图4为本发明单个动子单元中含有多个动子聚磁单元的示意图；
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。
包括动子与定子两大部件，其特征在于：定子为U型结构，动子嵌装与定子内部，并与定子之间保有一定气隙，定子包括定子铁芯与定子聚磁单元，动子包括绕组、动子铁芯、以及动子聚磁单元，完整的动子由不少于3个动子单元构成，每个动子单元包含1套绕组，1个动子铁芯以及不少于1个动子聚磁单元，动子聚磁单元呈O型结构，由4片永磁体构成，所有永磁体的充磁方向指向动子聚磁单元中心处，动子聚磁单元中每个永磁体之间均保有一定宽度的动子铁芯材料，每个动子聚磁单元之间也均保有一定宽度的动子铁芯材料，定子铁芯为U型结构，定子铁芯上具有若干定子齿部(6)和定子槽(7)部沿运动方向排列，每个定子槽内安装有1组定子聚磁单元，定子聚磁单元由2个永磁体构成，该2个永磁体充磁方向为相向充磁，定子齿部之间的间隔距离所遵循设计原则为：当某一侧定子齿部与位于某个动子聚磁单元中间的永磁体对齐时，该定子齿部两侧的定子齿部则与该动子聚磁单元两侧的软磁材料对齐或近似对齐，另一侧定子齿部则与该聚磁单元中永磁体之间的动子铁芯材料部分对齐或近似对齐。
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U型结构聚磁式永磁电机，包括动子与定子两大部件，其特征在于：定子为U型结构，动子嵌装与定子内部，并与定子之间保有一定气隙，定子包括定子铁芯(1)与定子聚磁单元(2)，动子包括绕组(3)、动子铁芯(4)、以及动子聚磁单元(5)，完整的动子由不少于2个动子单元构成，1个动子单元包含1套绕组，1个动子铁芯以及不少于1个动子聚磁单元，动子聚磁单元呈O型结构，由不少于4个永磁体构成，所有永磁体的充磁方向指向动子聚磁单元中心处或沿动子聚磁单元中心处向外，动子聚磁单元中每个永磁体之间均保有一定宽度的动子铁芯材料，每个动子聚磁单元之间也均保有一定宽度的动子铁芯材料，定子铁芯为U型结构，定子铁芯上具有若干定子齿部(6)和定子槽(7)部沿运动方向排列，每个定子槽内安装有1组定子聚磁单元，定子聚磁单元由2个永磁体构成，该2个永磁体充磁方向为相向充磁或相反充磁，定子齿部之间的间隔距离所遵循设计原则为：当某一侧定子齿部与位于某个动子聚磁单元中间的永磁体对齐时，该定子齿部两侧的定子齿部则与该动子聚磁单元两侧的软磁材料对齐或近似对齐，另一侧定子齿部则与该聚磁单元中永磁体之间的动子铁芯材料部分对齐或近似对齐。
2.根据权利要求1所述的一种U型结构聚磁式永磁电机，其特征在于，定子铁心为软磁材料，动子铁芯可以为软磁材料或非导磁材料。
3.根据权利要求1所述的一种U型结构聚磁式永磁电机，其特征在于，动子与定子可以互换使用。
4.根据权利要求1所述的一种U型结构聚磁式永磁电机，其特征在于，可以省略U型定子铁芯(或动子铁芯)上所安装永磁体，构成定子无磁轨结构，以降低成本。
5.根据权利要求1所述的一种U型结构聚磁式永磁电机，其特征在于，定子齿部形状可以为任意规则或非规则形状，定子齿部结构可以为直齿结构或斜齿结构。
6.根据权利要求1所述的一种U型结构聚磁式永磁电机，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，定子与转子可以互换使用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210831 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |