CN117335631A - 一种具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机 - Google Patents

一种具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机 Download PDF

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Abstract

本发明属于永磁直线电机领域，具体是涉及到一种具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机,包括初级和次级；初级包括铁芯和绕组，铁芯包括底板以及沿底板长度方向间隔布置在底板上的n1个齿Ⅰ，每个齿Ⅰ背离底板的一端沿底板的宽度方向间隔布置有n2个齿Ⅱ，绕组一共设置有n1‑2个，并分别绕设在第2个至第n1‑1个齿Ⅰ上；次级包括背铁以及沿背铁长度方向间隔布置在背铁上的n3列磁钢，每列磁钢沿背铁宽度方向间隔布置n2个，且每列磁钢的磁极一致，相邻列磁钢的磁极相反；其中，n1≥5,n2≥2,n3＞n1。本发明的永磁直线电机具有侧向偏移自复位功能，简化了直线驱动系统的结构、控制难度以及减轻了直线驱动系统的重量和造价。

Description

一种具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机
技术领域
本发明属于永磁直线电机领域，具体是涉及到一种具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机。
背景技术
直线电机在工作时出现的侧向偏移是一种常见问题，会造成气隙磁密、力等性能参数的畸变，因此在传统的轨道式推拉门或者直线作动中是通过限位结构限制动子在侧向的位移，这种限位结构对动子的磨损和摩擦损耗比较大，所需的安装空间较大和成本也比较高；采用具有侧向导向的导轨及滑轮结构对动子进行侧向限位，当发生侧向偏移时，系统无法复位，滑块和轨道侧向产生摩擦，严重影响导轨及滑块的使用寿命。
中国发明专利“CN202210152083.0一种永磁直线电机的侧向受力自复位结构”提出了一种具有侧向受力自复位结构的永磁直线电机，但是该结构存在永磁材料用量多、造价高等问题，且实施方案一侧向磁拉力较小；实施方案二初级采用凹口提高了侧向磁拉力，但初级凹口后，电机气隙凹口处变大，推力将会减小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机。
本发明提供一种具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，包括初级和次级；
所述初级包括铁芯和绕组，所述铁芯包括底板以及沿所述底板长度方向间隔布置在所述底板上的n1个齿Ⅰ，每个齿Ⅰ背离底板的一端沿所述底板的宽度方向间隔布置有n2个齿Ⅱ，所述绕组一共设置有n1-2个，并分别绕设在第2个至第n1-1个所述齿Ⅰ上；
所述次级包括背铁以及沿所述背铁长度方向间隔布置在所述背铁上的n3列磁钢，每列磁钢沿所述背铁宽度方向间隔布置n2个，且每列磁钢的磁极一致，相邻列磁钢的磁极相反；
其中，n1≥5,n2≥2,n3＞n1。
更进一步地，所述齿Ⅰ上的n2个齿Ⅱ所述一列n2个磁钢一一对应。
更进一步地，相邻两个齿Ⅰ之间形成槽Ⅰ。
更进一步地，相邻列磁钢的间隔等于所述槽Ⅰ的宽度。
更进一步地，所述齿Ⅰ上相邻两个齿Ⅱ之间形成槽Ⅱ，所述齿Ⅱ的宽度与所述槽Ⅱ的宽度比小于1。
更进一步地，所述磁钢沿所述背铁宽度方向的尺寸与齿Ⅱ沿所述底板的宽度方向的尺寸一致。
更进一步地，所述铁芯由若干个硅钢片叠片堆叠而成，所述硅钢片叠片包括连接板和及沿所述连接板长度方向间隔布置在所述连接板上的n1个齿板；
所述硅钢片叠片具有两种规格，其中一个规格的齿板高度高于另一个规格的齿板高度；
两组规格的所述硅钢片叠片间隔布置，形成所述底板、齿Ⅰ和齿Ⅱ。
更进一步地，所述连接板背离所述齿板的一侧设置有缺口，在两种规格的所述硅钢片叠片间隔堆叠后，所述缺口形成连接槽，所述连接槽上嵌合连接块。
更进一步地，所述绕组采用集中绕组。
本发明还提供一种永磁直线电机侧向偏移自复位方法，使用具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，在所述永磁直线电机工作时，通过初级中铁芯的侧向齿槽效应，产生永磁直线电机的侧向磁拉力，当永磁直线电机侧向产生偏移时，永磁直线电机会产生相反方向的磁拉力令初级复位。
本发明的有益效果是，本发明所提供的永磁直线电机，通过初级的铁芯的侧向齿槽效应，产生永磁直线电机的侧向磁拉力，当永磁直线电机侧向产生偏移时，永磁直线电机会产生相反方向的磁拉力令初级复位。另外，本发明所提供的永磁直线电机，磁拉力会随侧向位移变大而增大，不仅可以快速自主复位，而且复位稳定性好，同时这种侧向磁拉力是由定子和动子之间的结构产生，比其他的侧向机械限位控制更加简单高效。
另外，相对于常规的侧向受力自复位结构，本发明的永磁材料用量相对较少，成本更低，且本发明的侧向磁拉力更大，能够保证电机的气隙推力。
本发明所提供的永磁直线电机具有侧向偏移自复位能力，适用于直线作动、各种轨道式推拉门驱动等应用场合，解决了传统直线电机的侧向限位结构安装复杂和重量过重的问题，对具有侧向限位导轨及滑轮结构的直线运动系统，能够消除侧向摩擦阻力，消除由于侧向偏移无法复位给导轨及滑轮带来的摩擦损耗，延长导轨及滑轮的使用寿命。另外，本发明的永磁直线电机具有侧向偏移自复位功能解决了传统直线电机的侧向限位结构控制困难的问题。简化了直线驱动系统的结构、控制难度以及减轻了直线驱动系统的重量和造价。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明的主视图；
附图3为本发明中初级的结构示意图；
附图4为图3中A处的局部放大图；
附图5为本发明中铁芯的结构示意图；
附图6为本发明中铁芯的俯视图；
附图7为本发明中其中一种规格硅钢片叠片的主视图；
附图8为本发明中另一种规格硅钢片叠片的主视图；
附图9为本发明中次级的结构示意图；
附图10为本发明中次级的俯视图。
在图中，1-初级；11-铁芯；111-底板；112-齿Ⅰ；113-齿Ⅱ；114-槽Ⅰ；115-槽Ⅱ；116-硅钢片叠片；1161-连接板；1162-齿板；1163-缺口；117-连接槽；118-连接块；12-绕组；2-次级；21-背铁；22-磁钢。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如附图1-附图10所示，本发明提供一种具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，包括初级1和次级2；
所述初级1包括铁芯11和绕组12，所述铁芯11包括底板111以及沿所述底板111长度方向间隔布置在所述底板111上的n1个齿Ⅰ112，每个齿Ⅰ112背离底板111的一端沿所述底板111的宽度方向间隔布置有n2个齿Ⅱ113，所述绕组12一共设置有n1-2个，并分别绕设在第2个至第n1-1个所述齿Ⅰ112上，此时，第1个齿Ⅰ112和第n个齿Ⅰ112没有绕设绕组12，作为初级1的两端壁使用；
所述次级2包括背铁21以及沿所述背铁21长度方向间隔布置在所述背铁21上的n3列磁钢22，每列磁钢22沿所述背铁21宽度方向间隔布置n2个，且每列磁钢22的磁极一致，相邻列磁钢22的磁极相反；
其中，n1≥5,n2≥2,n3＞n1。
本发明所提供的永磁直线电机，通过初级1的铁芯11的侧向齿槽效应，产生永磁直线电机的侧向磁拉力，当永磁直线电机侧向产生偏移时，永磁直线电机会产生相反方向的磁拉力令初级1复位。另外，本发明所提供的永磁直线电机，磁拉力会随侧向位移变大而增大，不仅可以快速自主复位，而且复位稳定性好，同时这种侧向磁拉力是由定子和动子之间的结构产生，比其他的侧向机械限位控制更加简单高效。
另外，相对于常规的侧向受力自复位结构，本发明的永磁材料用量相对较少，成本更低，且本发明的侧向磁拉力更大，能够保证电机的气隙推力。
本发明所提供的永磁直线电机具有侧向偏移自复位能力，适用于直线作动、各种轨道式推拉门驱动等应用场合，解决了传统直线电机的侧向限位结构安装复杂和重量过重的问题，对具有侧向限位导轨及滑轮结构的直线运动系统，能够消除侧向摩擦阻力，消除由于侧向偏移无法复位给导轨及滑轮带来的摩擦损耗，延长导轨及滑轮的使用寿命。另外，本发明的永磁直线电机具有侧向偏移自复位功能解决了传统直线电机的侧向限位结构控制困难的问题。简化了直线驱动系统的结构、控制难度以及减轻了直线驱动系统的重量和造价。
在其中一个实施例中，所述齿Ⅰ112上的n2个齿Ⅱ113所述一列n2个磁钢22一一对应。
在其中一个实施例中，相邻两个齿Ⅰ112之间形成槽Ⅰ114，所述齿Ⅰ112宽度L1与所述槽Ⅰ114的宽度L2比小于1。
在其中一个实施例中，相邻列磁钢22的间隔L7等于所述槽Ⅰ114的宽度L2。
在其中一个实施例中，所述齿Ⅰ112上相邻两个齿Ⅱ113之间形成槽Ⅱ115。
在其中一个实施例中，所述磁钢22沿所述背铁21宽度方向的尺寸L4与齿Ⅱ113沿所述底板111的宽度方向的尺寸L3一致。
在其中一个实施例中，所述铁芯11由若干个硅钢片叠片116堆叠而成，所述硅钢片叠片116包括连接板1161和及沿所述连接板1161长度方向间隔布置在所述连接板1161上的n1个齿板1162；
所述硅钢片叠片116具有两种规格，两种规格的连接板1161尺寸、齿板1162的数量，以及齿板1162的宽度和间隔宽度均一致，其中一个规格
的齿板1162高度L5高于另一个规格的齿板1162高度L6；
两组规格的所述硅钢片叠片116间隔布置，形成所述底板111、齿Ⅰ112和齿Ⅱ113。
本实施例中，本实施例中，铁芯11采用硅钢片叠片116堆叠形成，可以减少铁芯11的涡流，降低能耗。
在其中一个实施例中，所述连接板1161背离所述齿板1162的一侧设置有缺口1163，在两种规格的所述硅钢片叠片116间隔堆叠后，所述缺口1163形成连接槽117，所述连接槽117上嵌合连接块118，通过形成连接槽117并设置连接块118，可以提高铁芯11的刚度，避免铁芯11产生形变。
在其中一个实施例中，所述绕组12采用集中绕组，采用集中绕组，可以降低铁芯11的尺寸，简化安装难度。
本发明还提供一种永磁直线电机侧向偏移自复位方法，使用具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，在所述永磁直线电机工作时，通过初级1中铁芯11的侧向齿槽效应，产生永磁直线电机的侧向磁拉力，当永磁直线电机侧向产生偏移时，永磁直线电机会产生相反方向的磁拉力令初级1复位。
其中，侧向齿槽效应中其侧向回复力大小与槽Ⅱ115的数量、齿Ⅱ113与槽Ⅱ115宽比值、槽Ⅱ115深度有关，有限元计算表明，永磁直线电机输出同等推力时，在齿Ⅱ113与槽Ⅱ115宽比例、槽Ⅱ115深度相同的情况下，侧向回复力与齿Ⅱ113数量接近于正比例增大；永磁直线电机输出同等推力时，在槽Ⅱ115数量、槽Ⅱ115深度相同的情况下，齿Ⅱ113的宽与槽Ⅱ115宽比值对侧向回复力的影响非常小，但影响侧向偏移距离；永磁直线电机输出同等推力时，槽Ⅱ115数量、齿Ⅱ113与槽Ⅱ115宽比值相同的情况下，由于漏磁的影响，槽Ⅱ115深度对侧向回复力的影响在槽Ⅱ115深为0.5mm时影响为3％，深度大于0.5mm时，影响非常小。其中，宽度是指初级1和次级2宽度方向的尺寸，深度是指初级1和次级2高度方向的尺寸。
以上所述，仅是本实施例，并非对本发明做任何限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动、修饰或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，其特征是，包括初级(1)和次级(2)；
所述初级(1)包括铁芯(11)和绕组(12)，所述铁芯(11)包括底板(111)以及沿所述底板(111)长度方向间隔布置在所述底板(111)上的n1个齿Ⅰ(112)，每个齿Ⅰ(112)背离底板(111)的一端沿所述底板(111)的宽度方向间隔布置有n2个齿Ⅱ(113)，所述绕组(12)一共设置有n1-2个，并分别绕设在第2个至第n1-1个所述齿Ⅰ(112)上；
所述次级(2)包括背铁(21)以及沿所述背铁(21)长度方向间隔布置在所述背铁(21)上的n3列磁钢(22)，每列磁钢(22)沿所述背铁(21)宽度方向间隔布置n2个，且每列磁钢(22)的磁极一致，相邻列磁钢(22)的磁极相反；
其中，n1≥5,n2≥2,n3＞n1。
2.如权利要求1所述的具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，其特征是，所述齿Ⅰ(112)上的n2个齿Ⅱ(113)所述一列n2个磁钢(22)一一对应。
3.如权利要求1所述的具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，其特征是，相邻两个齿Ⅰ(112)之间形成槽Ⅰ(114)。
4.如权利要求3所述的具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，其特征是，相邻列磁钢(22)的间隔等于所述槽Ⅰ(114)的宽度。
5.如权利要求1所述的具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，其特征是，所述齿Ⅰ(112)上相邻两个齿Ⅱ(113)之间形成槽Ⅱ(115)，所述齿Ⅱ(113)的宽度与所述槽Ⅱ(115)的宽度比小于1。
6.如权利要求1所述的具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，其特征是，所述磁钢(22)沿所述背铁(21)宽度方向的尺寸与齿Ⅱ(113)沿所述底板(111)的宽度方向的尺寸一致。
7.如权利要求1-6任一项所述的具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，其特征是，所述铁芯(11)由若干个硅钢片叠片(116)堆叠而成，所述硅钢片叠片(116)包括连接板(1161)和及沿所述连接板(1161)长度方向间隔布置在所述连接板(1161)上的n1个齿板(1162)；
所述硅钢片叠片(116)具有两种规格，其中一个规格的齿板(1162)高度高于另一个规格的齿板(1162)高度；
两组规格的所述硅钢片叠片(116)间隔布置，形成所述底板(111)、齿Ⅰ(112)和齿Ⅱ(113)。
8.如权利要求7所述的具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，其特征是，所述连接板(1161)背离所述齿板(1162)的一侧设置有缺口(1163)，在两种规格的所述硅钢片叠片(116)间隔堆叠后，所述缺口(1163)形成连接槽(117)，所述连接槽(117)上嵌合连接块(118)。
9.如权利要求1-6任一项所述的具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，其特征是，所述绕组(12)采用集中绕组。
10.一种永磁直线电机侧向偏移自复位方法，其特征是，使用如权利要求1-9任一项所述的具有侧向偏移自复位能力的永磁直线电机，在所述永磁直线电机工作时，通过初级(1)中铁芯(11)的侧向齿槽效应，产生永磁直线电机的侧向磁拉力，当永磁直线电机侧向产生偏移时，永磁直线电机会产生相反方向的磁拉力令初级(1)复位。
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