CN207968292U

CN207968292U - 一种不等宽度永磁体的大推力直线电机

Info

Publication number: CN207968292U
Application number: CN201820333081.0U
Authority: CN
Inventors: 冯银义
Original assignee: Anhui University
Current assignee: Anhui University
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2018-10-12
Anticipated expiration: 2028-03-12

Abstract

本实用新型公开了一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，包括双次级部分和短初级部分，所述双次级部分包括第一背铁和第二背铁，所述第一背铁和第二背铁的内侧设有永磁铁，所述永磁铁呈N、S交错排列在第一背铁和第二背铁上，且相邻的两个永磁铁的宽度不同，所述第一背铁和第二背铁两端设有第一支撑件和第二支撑件，所述第二支撑件的下端设有第三支撑件，所述第一背铁上端设有导轨，所述短初级部分包括三相线圈，所述三相线圈通过第一连接件固定在第二连接件上，所述第二连接件的一端固定在第三连接件之间，所述三相线圈位于第一背铁与第二背铁之间。本实用新型能够有效地抑制直线电机的推力波动，完善直线电机的大推力性能。

Description

一种不等宽度永磁体的大推力直线电机

技术领域

本实用新型涉及直线电机技术领域，尤其涉及一种不等宽度永磁体的大推力直线电机。

背景技术

直线电机由于不需要利用中间传动结构，就可以直接将电能转换为系统所需要的直线运动机械能，具有体积小、动态响应迅速、功率密度高、高定位精度等优点，广泛的应用于激光切割机、3D打印机、微秒激光雕刻机等高精密数控机床。由于直线电机自身结构的原因，电机在运动过程中存在着推力波动，影响电机的大推力性能。因此，需要从电机的自身结构出发，对其结构进行优化设计，抑制电机的推力波动，完善直线电机的大推力性能。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，能够有效地抑制直线电机的推力波动，完善直线电机的大推力性能。

根据本实用新型实施例的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，包括双次级部分和短初级部分，所述双次级部分包括第一背铁和第二背铁，所述第一背铁和第二背铁的内侧设有永磁铁，所述永磁铁呈N、S交错排列在第一背铁和第二背铁上，且相邻的两个永磁铁的宽度不同，所述第一背铁和第二背铁两端设有第一支撑件和第二支撑件，所述第二支撑件的下端设有第三支撑件，所述第一背铁上端设有导轨；

所述短初级部分包括三相线圈，所述三相线圈通过第一连接件固定在第二连接件上，所述第二连接件的一端固定在第三连接件之间，所述三相线圈位于第一背铁与第二背铁之间，所述第三连接件的下端与第一背铁上端的导轨滑动连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述第二支撑件内侧设有缓冲柱，所述缓冲柱包括固定柱和滑柱，所述滑柱与固定柱滑动连接，所述固定柱与滑柱形成的内腔中设有弹簧。

在本实用新型的另一些实施例中，所述第二支撑件内侧还设有定位柱。

在本实用新型的另一些实施例中，所述定位柱的一端设有缓冲气囊。

在本实用新型的另一些实施例中，所述第一背铁和第二背铁的内部均设有冷却管。

在本实用新型的另一些实施例中，所述冷却管处于第一背铁或第二背铁上相邻永磁铁形成的凹槽的正下方。

在本实用新型的另一些实施例中，所述冷却管内充满冷却液，且呈蛇形排列。

本实用新型中的有益效果是：本申请采用不等宽度的永磁铁，可以有效地抑制电机推力的波动，提高了直线电机的大推力；第二支撑件上设有缓冲柱，能够有效的降低短初级部分对第二支撑件的冲击力度，有效的提高了电机的使用寿命，第二支撑件上还设有定位柱，在缓冲柱被压缩到一定长度后，会撞击在定位柱上，避免缓冲柱被压缩过渡而被破坏，缓冲柱的一端设有缓冲气囊，能够进一步起到缓冲的效果。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型提出的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机的结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机的主视图；

图3为本实用新型提出的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机的局部剖面图A-A；

图4为本实用新型提出的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机的局部剖面图B-B；

图5为本实用新型提出的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机的永磁体的尺寸及分布截面示意图。

图6为本实用新型提出的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机的不等宽度永磁体表面剩磁分布示意图；

图7为本实用新型提出的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机的Maxwell2D仿真模型得到等宽度永磁体电机推力波形图；

图8为本实用新型提出的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机的Maxwell2D仿真模型得到的不等宽度永磁体电机推力波形图。

图中：1-双次级部分、11-第一背铁、12-第二背铁、13-永磁体、14-第一支撑件、15-第二支撑件、16-第三支撑件、17-导轨、18-凹槽、2-短初级部分、21-三相线圈、22-第一连接件、23-第二连接件、24-第三连接件、3-缓冲柱、31-固定柱、32-弹簧、33-滑柱、34-定位柱、4-冷却管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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；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。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实用新型中的具体含义。

参照图1-8，一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，包括双次级部分1和短初级部分2，所述双次级部分1包括第一背铁11和第二背铁12，所述第一背铁11和第二背铁12的内侧设有永磁体13，所述永磁体13呈N、S交错排列在第一背铁11和第二背铁12上，且相邻的两个永磁体13的宽度不同，所述第一背铁11和第二背铁12两端设有第一支撑件14和第二支撑件15，所述第二支撑件15的下端设有第三支撑件16，所述第一背铁11上端设有导轨17；所述短初级部分2包括三相线圈21，所述三相线圈21通过第一连接件22固定在第二连接件23上，所述第二连接件23的一端固定在第三连接件24之间，所述三相线圈21位于第一背铁11与第二背铁12之间，所述第三连接件24的下端与第一背铁11上端的导轨17滑动连接；所述第二支撑件15内侧设有缓冲柱3，所述缓冲柱3包括固定柱31和滑柱33，所述滑柱33与固定柱31滑动连接，所述固定柱31与滑柱33形成的内腔中设有弹簧32；所述第二支撑件15内侧还设有定位柱34；所述定位柱34的一端设有缓冲气囊；所述第一背铁11和第二背铁12的内部均设有冷却管4；所述冷却管4处于第一背铁11或第二背铁12上相邻永磁体13形成的凹槽18的正下方；所述冷却管4内充满冷却液，且呈蛇形排列。

其中定位柱34的长度略大于缓冲柱3被压缩到小时的长度，使得缓冲柱3在被压缩到一定长度时，短初级部分2开始与定位柱34接触，能够有效的避免缓冲柱3被压缩过度而影响其使用寿命。

本申请采用不等宽度的永磁体13，可以有效地抑制电机推力的波动，提高了直线电机的大推力；第二支撑件15上设有缓冲柱3，能够有效的降低短初级部分2对第二支撑件15的冲击力度，有效的提高了电机的使用寿命，第二支撑件15上还设有定位柱34，在缓冲柱3被压缩到一定长度后，会撞击在定位柱34上，避免缓冲柱3被压缩过渡而被破坏，缓冲柱3的一端设有缓冲气囊，能够进一步起到缓冲的效果。

本实施例中，一种不等宽度永磁体的大推力直线电机的设计方法是按照如下步骤进行的：

(1)解析定性分析不等宽度永磁体与PMSLM推力波动率之间的关系

不等宽度永磁体表面剩磁分布如图3所示，可以得到其傅立叶展开为：

其中：B_a为剩磁感应强度，τ_a、τ_b为一对极内的2个永磁体宽度，τ为极距。

在任意相对位置α，永磁体产生的磁场沿电枢表面的分布可表示为：

其中，B_r为永磁体剩磁，h为永磁体充磁方向长度，δ(α)为有效气隙长度。

结合(1)式，永磁体产生的磁场沿电枢表面的分布可表示为:

直线电机电磁推力可表示为：

其中：n为线圈匝数，B为气隙磁密,I为电枢电流值。

根据式(4)可以看出，电机在运动过程中推力产生波动，主要与电枢中电流、气隙磁场的分布有关。当电枢中电流稳定时，可以通过改变永磁体τ_a与τ_b的值，来实现对气隙磁密的分布改变，进一步改变运动过程中的推力。可以引入推力波动率γ作为推力波动的特征表示量,其被表示为：

其中：F_i为行程内各点推力值，k为点个数，为平均推力。

(2)不等宽度永磁体的确立

本实用新型以7极6线圈的双次级直线大推力电机为参考对象，电机的相关参数如1所示。

表1参照电机的相关参数

根据表1中的相关参数结合公式(4)、(5)、(6)，计算得到永磁体宽度为τ_a为16mm，τ_b为14mm时该电机的推力波动最低。

根据表1中的相关参数，利用Maxwell 2D软件建立电机的仿真模型，采用相等永磁体宽度13mm的推力波形如图4所示，采用不等永磁体宽度16mm、14mm的电机推力波形如图5所示。

由仿真结果可知，采用等永磁体宽度的推力波动率为7.09％，采用不等宽度的永磁体宽度的推力波动率为4.67％。采用不等宽度永磁体的大推力直线电机，电机的推力波动率有效降低。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，其特征在于：包括双次级部分和短初级部分，所述双次级部分包括第一背铁和第二背铁，所述第一背铁和第二背铁的内侧设有永磁铁，所述永磁铁呈N、S交错排列在第一背铁和第二背铁上，且相邻的两个永磁铁的宽度不同，所述第一背铁和第二背铁两端设有第一支撑件和第二支撑件，所述第二支撑件的下端设有第三支撑件，所述第一背铁上端设有导轨；

2.根据权利要求1所述的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，其特征在于：所述第二支撑件内侧设有缓冲柱，所述缓冲柱包括固定柱和滑柱，所述滑柱与固定柱滑动连接，所述固定柱与滑柱形成的内腔中设有弹簧。

3.根据权利要求2所述的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，其特征在于：所述第二支撑件内侧还设有定位柱。

4.根据权利要求3所述的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，其特征在于：所述定位柱的一端设有缓冲气囊。

5.根据权利要求1所述的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，其特征在于：所述第一背铁和第二背铁的内部均设有冷却管。

6.根据权利要求5所述的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，其特征在于：所述冷却管处于第一背铁或第二背铁上相邻永磁铁形成的凹槽的正下方。

7.根据权利要求5所述的一种不等宽度永磁体的大推力直线电机，其特征在于：所述冷却管内充满冷却液，且呈蛇形排列。