CN215817878U - 直线电机初级组件、直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种直线电机初级组件、直线电机，其中的直线电机初级组件，包括第一侧平面，所述第一侧平面上安装有初级铁芯、辅助齿组合，所述辅助齿组合处于所述初级铁芯的长度方向上的两端中的至少一端处，所述辅助齿组合包括第一辅助齿、第二辅助齿以及至少部分夹设于所述第一辅助齿与所述第二辅助齿之间的永磁体，所述第一辅助齿的自由端端面与所述第一侧平面的距离为b1，所述第二辅助齿的自由端端面与所述第一侧平面的距离为b2，b1与b2不相等。根据本实用新型，可以改善边端磁场突变的情况，使铁芯边端的磁导能够更加缓慢平滑的变化，从而降低电机整体的定位力和推力波动。

Description

直线电机初级组件、直线电机

技术领域

本实用新型属于直线电机制造技术领域，具体涉及一种直线电机初级组件、直线电机。

背景技术

随着工业自动化的发展与不断升级，对生产制造的效率和质量要求不断提高，因此针对直线传动的速度和精度也提出了更高的要求。在直线进给传动系统中如果采用直驱方式，则不需要任何中间转换机构，其进给速度范围宽，速度可达100m/min甚至更高；加速度可达10g以上；定位精度高，小于μm级，且结构简单、磨损小、使用寿命长、可靠性高，特别适用于精密、高速应用场合，如高端数控机床、半导体加工设备、激光加工设备等行业。《中国制造2025》将高速加工机床直线电机传动技术作为高档数控机床技术发展路线规划。

但直线电机也存在一些特有的问题，比如直线电机的电枢铁芯在两端是开断的，电枢绕组在两端有不连续性，这一情况被称为端部效应。同时由于初级铁芯为开槽结构，又会产生齿槽效应，引入齿槽力，齿槽力与端部力都会引起推力波动，影响直线电机的伺服性能，从而影响直线电机的应用。现有的降低推力波动的方法主要有优化槽极配合、斜槽、永磁体斜极、异形永磁体等，但使用斜极等方式在降低推力波动的同时也会削弱有效推力，而且也会增加电机的加工制作的复杂度。

实用新型内容

因此，本实用新型提供一种直线电机初级组件、直线电机，能够克服相关技术中的辅助齿组合定位力的降低程度不足、推力波动仍然相对较大的不足。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种直线电机初级组件，包括第一侧平面，所述第一侧平面上安装有初级铁芯、辅助齿组合，所述辅助齿组合处于所述初级铁芯的长度方向上的两端中的至少一端处，所述辅助齿组合包括第一辅助齿、第二辅助齿以及至少部分夹设于所述第一辅助齿与所述第二辅助齿之间的永磁体，所述第一辅助齿的自由端端面与所述第一侧平面的距离为b1，所述第二辅助齿的自由端端面与所述第一侧平面的距离为b2，b1与b2不相等。

在一些实施方式中，所述初级铁芯的端部与所述辅助齿组合之间具有间隙。

在一些实施方式中，所述间隙内填充有绝缘导热材料。

在一些实施方式中，所述第一辅助齿处于所述初级铁芯与所述第二辅助齿之间，且b1＞b2。

在一些实施方式中，所述初级铁芯包括轭部及处于所述轭部上的多个间隔设置的齿，所述齿的自由端端面与所述第一侧平面之间的距离为b0，b0≥b1；和/或，垂直于所述第一辅助齿的叠高方向的任一平面为第一投影平面，在所述第一投影平面上，所述第一辅助齿的宽度a1不小于所述第二辅助齿的宽度a2。

在一些实施方式中，所述辅助齿组合还包括涡流阻尼件，所述涡流阻尼件夹设于所述第一辅助齿与所述第二辅助齿之间，所述涡流阻尼件处于所述永磁体远离所述第一侧平面的一侧。

在一些实施方式中，所述涡流阻尼件具有相对的第一夹持部、第二夹持部，所述第一夹持部、第二夹持部分别对应于所述第一辅助齿、第二辅助齿的叠高方向的两端以对所述第一辅助齿、第二辅助齿形成夹持；和/或，所述涡流阻尼件包括铜片。

在一些实施方式中，所述第一辅助齿的自由端端面、第二辅助齿的自由端端面远离所述初级铁芯的一侧具有斜面，在所述第一投影平面上，所述斜面与所述第一侧平面之间形成夹角A，0°＜A≤45°；和/或，所述涡流阻尼件的自由端端面与所述第一辅助齿的自由端端面之间的距离小于所述第二辅助齿的自由端端面与所述第一辅助齿的自由端端面之间的距离且，所述涡流阻尼件的自由端端面不超过所述第一辅助齿的自由端端面。

在一些实施方式中，所述永磁体具有与所述第一侧平面平行的平行部以及与所述平行部垂直的垂直部，所述第一辅助齿以及所述第二辅助齿分别处于所述垂直部的两侧且处于所述平行部背离所述第一侧平面的一侧；和/或，所述初级铁芯的叠高大于所述第一辅助齿、第二辅助齿的叠高，且大于所述永磁体在所述初级铁芯的叠高方向上的高度。

本实用新型还提供一种直线电机，包括初级组件，所述初级组件为上述的直线电机初级组件。

本实用新型提供的一种直线电机初级组件、直线电机，通过将所述辅助齿组合中的第一辅助齿与第二辅助齿分别对应所述第一侧平面的距离不等设计，使之在相应的自由端位置形成阶梯结构，在气隙处磁导不同，可以改善边端磁场突变的情况，使铁芯边端的磁导能够更加缓慢平滑的变化，从而降低电机整体的定位力和推力波动。

附图说明

图1为本实用新型实施例的直线电机初级组件的结构示意图(第一投影平面视角)；

图2为本实用新型另一实施例的直线电机初级组件的结构示意图(第一投影平面视角)；

图3为图1的局部结构示意图；

图4为本实用新型再一实施例的直线电机初级组件的结构示意图(第一投影平面视角)；

图5为本实用新型另一实施例的直线电机初级组件的结构示意图(第一投影平面视角)；

图6为图4所示的直线电机初级组件的立体结构示意图；

图7为采用本实用新型技术方案的直线电机与相关技术中的辅助齿组合中的两个辅助齿等高的技术方案的直线电机的推力波动仿真曲线图。

附图标记表示为：

1、初级铁芯；11、轭部；12、齿；21、第一辅助齿；22、第二辅助齿；23、永磁体；231、平行部；232、垂直部；24、涡流阻尼件；241、第一夹持部；242、第二夹持部；3、三相绕组；4、绝缘导热材料。

具体实施方式

由于直线电机端部断开，造成初级绕组不连续，各相互感不等，就算通入三相对称电压，也不会产生对称的定子电流，气隙磁场除了正序行波磁场外，还存在逆序和零序磁场，因此气隙中存在脉动磁场；即使三相绕组通入的电流是对称的，纵向端部效应也会使气隙中产生脉动磁场，因此产生推力波动；同时直线电机电枢铁心两端开断，气隙磁阻在端部急剧变化，推力产生周期性波动，与齿槽力的产生机理是类似的。

端部力可用单端端部力叠加的方法得到。假定动子长度足够长当动子长度大于3到4个极距时，左右两端之间磁场相互作用可以忽略不计，端部效应产生的作用力可以视为左右两端端部力的和，两端在相同位置的受力显然是相等的，定位力表现为两个频率、幅值相同，相位保持一定差值的两个正弦波的和，具体如下：

左端端部力

右端端部力

左右两端端部力和

其中τ为极距，x为动子(也即初级)横向位置；Δ＝kτ-L_a，La为动子(也即初级)长度，即为动子长度减去整数倍极距的余量。

结合参见图1至图7所示，根据本实用新型的实施例，提供一种直线电机初级组件，包括安装板(图中未示出)，所述安装板的第一侧平面上安装有初级铁芯1、辅助齿组合，所述初级铁芯1上绕设有三相绕组3，所述辅助齿组合处于所述初级铁芯1的长度方向上的两端中的至少一端处，所述辅助齿组合包括第一辅助齿21、第二辅助齿22以及至少部分夹设于所述第一辅助齿21与所述第二辅助齿22之间的永磁体23，所述第一辅助齿21的自由端端面与所述第一侧平面的距离为b1，所述第二辅助齿22的自由端端面与所述第一侧平面的距离为b2，b1与b2不相等。该技术方案中，通过将所述辅助齿组合中的第一辅助齿21与第二辅助齿22分别对应所述第一侧平面的距离不等设计，使之在相应的自由端位置形成阶梯结构，在气隙处磁导不同，可以改善边端磁场突变的情况，使铁芯边端的磁导能够更加缓慢平滑的变化，从而降低电机整体的定位力和推力波动。

前述的自由端端面具体也即相应的部件朝向所述次级一侧的端面，下文与此相同。

最好的，所述辅助齿组合能够在所述初级铁芯1的长度方向上的两端皆对应设置，能够在一定程度上平衡端部磁场与铁芯主齿中部磁场，使得三相绕组3的反电势更加均衡，且在降低推力波动的同时不会削弱有效推力。

所述辅助齿组合内的所述第一辅助齿21、第二辅助齿22及永磁体23彼此之间可以通过粘接、销钉连接等方式实现可靠连接，在一些实施方式中，所述第一辅助齿21、第二辅助齿22以及所述初级铁芯1朝向所述安装板的一侧皆构造有相应的螺纹孔，实现三者与所述安装板之间的可拆卸连接。

可以理解的，所述第一辅助齿21、所述第二辅助齿22与所述初级铁芯1皆采用相应的冲片叠装形成，在具体材质上可以一致，在一些实施方式中，所述第一辅助齿21与所述第二辅助齿22可以采用45#钢等导磁且加工性良好的材料制作形成。

在一些实施方式中，所述初级铁芯1的端部与所述辅助齿组合之间具有间隙，也即所述初级铁芯1与所述辅助齿组合为分体结构而非一体，这种独立的辅助齿组合结构更有利于铁芯模具的通用化，尤其是在产品系列化开发的过程中，铁芯主齿按照实际需求进行拓展，同时根据不同的情况设计相应的辅助齿尺寸进行匹配，大大提高了模具的利用率，减少模具数量，节约生产成本。

在所述辅助齿组合、所述初级铁芯1分别与所述安装板定位连接之后，在所述间隙内填充有绝缘导热材料具体例如填充环氧树脂，在一些情况下，可以采用所述绝缘导热材料填充于所述直线电机组件之外，提高其绝缘性能以及散热性能。

在一些实施方式中，所述第一辅助齿21处于所述初级铁芯1与所述第二辅助齿22之间，且b1＞b2，如此能够进一步提高所述辅助齿组合降低定位力的效果，进一步改善边端磁场突变情况，使铁芯边端的磁导能够更加缓慢平滑的变化，进一步降低电机的推力波动。

所述初级铁芯1包括轭部11及处于所述轭部11上的多个间隔设置的齿12，所述齿12的自由端端面与所述第一侧平面之间的距离为b0，b0≥b1，也即所述第一辅助齿21以及第二辅助齿22的自由端面皆不高于所述齿12的自由端端面，能够进一步提高所述辅助齿组合降低定位力的效果，进一步改善边端磁场突变情况，使铁芯边端的磁导能够更加缓慢平滑的变化，进一步降低电机的推力波动。

定义垂直于所述第一辅助齿21的叠高方向的任一平面为第一投影平面，在所述第一投影平面上，所述第一辅助齿21的宽度a1不小于所述第二辅助齿22的宽度a2，使其与次级相互作用可以产生相位不同的磁阻力，两个辅助齿产生的磁阻力与铁芯产生的定位力相互叠加、抵消，达到降低电机整体定位力和推力波动的效果。

在一些实施方式中，所述辅助齿组合还包括涡流阻尼件24，所述涡流阻尼件24夹设于所述第一辅助齿21与所述第二辅助齿22之间，所述涡流阻尼件24处于所述永磁体23远离所述第一侧平面的一侧，所述涡流阻尼件24具体例如可以选用铜片，在动子与定子发生相对运动时，由于电磁感应原理，铜片中会产生涡流，通过阻尼作用调节推力波动，能够进一步降低推力波动。

作为一个具体的实现方式，所述涡流阻尼件24具有相对的第一夹持部241、第二夹持部242，所述第一夹持部241、第二夹持部242分别对应于所述第一辅助齿21、第二辅助齿22的叠高方向的两端以对所述第一辅助齿21、第二辅助齿22形成夹持，也即在所述第一投影平面上，所述涡流阻尼件24成工字型，能够对所述第一辅助齿21、第二辅助齿22形成叠高方向上的夹持加固作用。

在一些实施方式中，所述第一辅助齿21的自由端端面、第二辅助齿22的自由端端面远离所述初级铁芯1的一侧具有斜面，在所述第一投影平面上，所述斜面与所述第一侧平面之间形成夹角A，所述第一斜面的设计能够有利于改善磁场，进一步降低定位力，作为一种更优的实现方式，0°＜A≤45°，所述斜面通过所述第一辅助齿21的宽度中点或者所述第二辅助齿22的宽度中点，从而使所述第一辅助齿21以及第二辅助齿22皆具有与所述第一侧平面平行的平面，减小齿底部磁场饱和，降低电机损耗。

所述涡流阻尼件24的自由端端面与所述第一辅助齿21的自由端端面之间的距离小于所述第二辅助齿22的自由端端面与所述第一辅助齿21的自由端端面之间的距离，且，所述涡流阻尼件24的自由端端面不超过所述第一辅助齿21的自由端端面。

在一些实施方式中，所述永磁体23可以为矩形，也可以为T形，当其为T形时，所述永磁体23具有与所述第一侧平面平行的平行部231以及与所述平行部231垂直的垂直部232，所述第一辅助齿21以及所述第二辅助齿22分别处于所述垂直部232的两侧且处于所述平行部231背离所述第一侧平面的一侧。

在一些实施方式中，所述初级铁芯1的叠高大于所述第一辅助齿21、第二辅助齿22的叠高，且大于所述永磁体23在所述初级铁芯1的叠高方向上的高度。

图7中可以看出，本实用新型中的直线电机与现有技术中的直线电机相较推力波动更小，也即推力波动的幅值更小。

根据本实用新型的实施例，还提供一种直线电机，包括初级组件，所述初级组件为上述的直线电机初级组件。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种直线电机初级组件，其特征在于，包括第一侧平面，所述第一侧平面上安装有初级铁芯(1)、辅助齿组合，所述辅助齿组合处于所述初级铁芯(1)的长度方向上的两端中的至少一端处，所述辅助齿组合包括第一辅助齿(21)、第二辅助齿(22)以及至少部分夹设于所述第一辅助齿(21)与所述第二辅助齿(22)之间的永磁体(23)，所述第一辅助齿(21)的自由端端面与所述第一侧平面的距离为b1，所述第二辅助齿(22)的自由端端面与所述第一侧平面的距离为b2，b1与b2不相等。

2.根据权利要求1所述的直线电机初级组件，其特征在于，所述初级铁芯(1)的端部与所述辅助齿组合之间具有间隙。

3.根据权利要求2所述的直线电机初级组件，其特征在于，所述间隙内填充有绝缘导热材料(4)。

4.根据权利要求1所述的直线电机初级组件，其特征在于，所述第一辅助齿(21)处于所述初级铁芯(1)与所述第二辅助齿(22)之间，且b1＞b2。

5.根据权利要求4所述的直线电机初级组件，其特征在于，所述初级铁芯(1)包括轭部(11)及处于所述轭部(11)上的多个间隔设置的齿(12)，所述齿(12)的自由端端面与所述第一侧平面之间的距离为b0，b0≥b1；和/或，垂直于所述第一辅助齿(21)的叠高方向的任一平面为第一投影平面，在所述第一投影平面上，所述第一辅助齿(21)的宽度a1不小于所述第二辅助齿(22)的宽度a2。

6.根据权利要求5所述的直线电机初级组件，其特征在于，所述辅助齿组合还包括涡流阻尼件(24)，所述涡流阻尼件(24)夹设于所述第一辅助齿(21)与所述第二辅助齿(22)之间，所述涡流阻尼件(24)处于所述永磁体(23)远离所述第一侧平面的一侧。

7.根据权利要求6所述的直线电机初级组件，其特征在于，所述涡流阻尼件(24)具有相对的第一夹持部(241)、第二夹持部(242)，所述第一夹持部(241)、第二夹持部(242)分别对应于所述第一辅助齿(21)、第二辅助齿(22)的叠高方向的两端以对所述第一辅助齿(21)、第二辅助齿(22)形成夹持；和/或，所述涡流阻尼件(24)包括铜片。

8.根据权利要求6所述的直线电机初级组件，其特征在于，所述第一辅助齿(21)的自由端端面、第二辅助齿(22)的自由端端面远离所述初级铁芯(1)的一侧具有斜面，在所述第一投影平面上，所述斜面与所述第一侧平面之间形成夹角A，0°＜A≤45°；和/或，所述涡流阻尼件(24)的自由端端面与所述第一辅助齿(21)的自由端端面之间的距离小于所述第二辅助齿(22)的自由端端面与所述第一辅助齿(21)的自由端端面之间的距离，且，所述涡流阻尼件(24)的自由端端面不超过所述第一辅助齿(21)的自由端端面。

9.根据权利要求1所述的直线电机初级组件，其特征在于，所述永磁体(23)具有与所述第一侧平面平行的平行部(231)以及与所述平行部(231)垂直的垂直部(232)，所述第一辅助齿(21)以及所述第二辅助齿(22)分别处于所述垂直部(232)的两侧且处于所述平行部(231)背离所述第一侧平面的一侧；和/或，所述初级铁芯(1)的叠高大于所述第一辅助齿(21)、第二辅助齿(22)的叠高，且大于所述永磁体(23)在所述初级铁芯(1)的叠高方向上的高度。

10.一种直线电机，包括初级组件，其特征在于，所述初级组件为权利要求1至9中任一项所述的直线电机初级组件。

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