CN220798052U - 电机次级组件及直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电机次级组件及直线电机，其中，电机次级组件包括：永磁体固定板，永磁体固定板具有永磁体安装面；第一永磁体，第一永磁体设于永磁体安装面，第一永磁体的充磁方向平行于第一方向；第二永磁体，第二永磁体设于永磁体安装面，第二永磁体的充磁方向平行于第二方向；在第一方向上，第一永磁体的尺寸大于第二永磁体的尺寸；其中，第一方向垂直于第二方向，且第一方向垂直于永磁体安装面。根据本实用新型的电机次级组件，通过第一永磁体与第二永磁体在第一方向上的尺寸呈交替式设置，能够使电机获得大推力和低推力波动的运行效果。

Description

电机次级组件及直线电机

技术领域

本实用新型涉及直线电机技术领域，更具体地，涉及一种电机次级组件及直线电机。

背景技术

直线电机主要包括永磁同步直线电机和感应异步直线电机两种，永磁同步直线电机的结构多为短初级组件、长次级组件的结构，初级组件多为铁芯齿槽结构，次级组件多为强磁磁铁材料，通过初级组件与次级组件之间磁场的相互作用，产生电磁力，推动动子做直线运动。现有的永磁同步电机在运行过程中，推力波动比较大，影响电机的工作性能。

实用新型内容

本实用新型提供一种电机次级组件的新技术方案，至少能够解决现有技术中的电机推力波动较大的问题。

本实用新型还提供了一种直线电机，所述直线电机包括上述电机次级组件。

第一方面，本实用新型提供了一种电机次级组件，包括：永磁体固定板，所述永磁体固定板具有永磁体安装面；第一永磁体，所述第一永磁体设于所述永磁体安装面，所述第一永磁体的充磁方向平行于第一方向；第二永磁体，所述第二永磁体设于所述永磁体安装面，所述第二永磁体的充磁方向平行于第二方向；在所述第一方向上，所述第一永磁体的尺寸大于所述第二永磁体的尺寸；其中，所述第一方向垂直于所述第二方向，且所述第一方向垂直于所述永磁体安装面。

可选地，所述第一永磁体具有沿所述第一方向相对设置的第一连接面和第一配合面，所述第一连接面与所述永磁体安装面连接；所述第二永磁体具有沿所述第一方向相对设置的第二连接面和第二配合面，所述第一永磁体与所述第二永磁体沿所述第二方向交替设于所述永磁体安装面，所述第二连接面与所述永磁体安装面连接；在所述第一方向上，所述第一配合面距离所述永磁体安装面的距离为L1，所述第二配合面距离所述永磁体安装面的距离为L2；所述L1与所述L2的关系满足1/2L1≤L2≤7/8L1。

可选地，所述第二永磁体在所述第二方向上的尺寸小于所述第一永磁体在所述第二方向上的尺寸。

可选地，所述第二永磁体的永磁体牌号大于所述第一永磁体的永磁体牌号。

可选地，所述第二永磁体的最大磁积能大于所述第一永磁体的最大磁积能。

可选地，相邻的所述第一永磁体与所述第二永磁体配合形成一个极对，四个相邻的所述极对组成单元永磁体，在所述第二方向上，所述单元永磁体的尺寸为H，多个所述第一永磁体与多个所述第二永磁体的总尺寸为L，所述H的范围为：L/H＝n，其中，n为正整数。

可选地，所述n≥6。

可选地，所述永磁体固定板为环形板。

可选地，所述永磁体固定板为圆环形板，所述永磁体安装面为所述圆环形板的内壁面，所述第一方向为所述圆环形板的径向，所述第二方向平行于所述圆环形板的轴向。

可选地，所述第一永磁体与所述第二永磁体分别形成为圆环形结构。

可选地，所述第一永磁体与所述第二永磁体分别形成为扇环形块结构，处于同一高度的多个所述第一永磁体均匀沿所述永磁体安装面排布；处于同一高度的多个第二永磁体均匀沿所述永磁体安装面排布。

第二方面，本实用新型提供了一种直线电机包括还包括上述实施例中任一所述的电机次级组件。

可选地，直线电机还包括电机初级组件，所述电机初级组件包括铁芯和绕组，所述绕组设于所述铁芯；所述电机次级组件套设于所述电机初级组件；所述第一永磁体与所述铁芯之间的间隙小于第二永磁体与所述铁芯之间的间隙。

根据本实用新型的电机次级组件，通过将第一永磁体与第二永磁体交替设置，并使第一永磁体的第一配合面距离永磁体安装面的距离L1大于第二永磁体的第二配合面距离永磁体安装面的距离L2，即第一永磁体与第二永磁体在第一方向上的尺寸呈交替式设置，能够有效降低推力波动，提高电机在运行过程中的稳定性。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据本实用新型一个实施例的电机初级组件与电机初级组件的剖视图；

图2是图1中A处圈示部分的放大图；

图3是根据本实用新型又一个实施例的电机次级组件中第一永磁体的示意图。

附图标记：

电机次级组件100；

第一永磁体10；第一连接面11；第一配合面12；

第二永磁体20；第二连接面21；第二配合面22；

永磁体固定板30；永磁体安装面31；

电机初级组件200；铁芯201；绕组202。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面首先结合附图具体描述根据本实用新型实施例的电机次级组件。

相关技术中，直线电机的永磁体多采用Halbach(海尔贝克)的方式排列，这种排列方式能够有效增加电机的推力；直线电机的推力波动一直是困扰行业的难题，产生推力波动的原因有多种，经过研究发现高温原因导致的局部退磁是其中一种。对于海尔贝克排列方式的永磁体来说，充磁方向和直线电机运动方向一致的永磁体靠近绕组的部位受高温影响导致退磁最为严重；为解决上述问题，降低直线电机的推力波动，本申请提出了一种电机次级组件。

如图1至图3所示，根据本实用新型实施例的电机次级组件100包括：永磁体固定板30、第一永磁体10和第二永磁体20。

具体而言，永磁体固定板30具有永磁体安装面31。第一永磁体10设于永磁体安装面31，第一永磁体10的充磁方向平行于第一方向；第二永磁体20设于永磁体安装面31，第二永磁体20的充磁方向平行于第二方向；在第一方向上，第一永磁体10的尺寸大于第二永磁体20的尺寸；其中，第一方向垂直于第二方向，且第一方向垂直于永磁体安装面31。当电机次级组件用于直线电机时，第二方向为直线电机的移动方向。

换言之，根据本实用新型实施例的电机次级组件100主要由永磁体固定板30、第一永磁体10和第二永磁体20构成。

其中，永磁体固定板30靠近第一永磁体10的端面为永磁体安装面31，永磁体安装面31沿第二方向延伸，永磁体安装面31可以用于安装第一永磁体10与第二永磁体20。具体地，如图1所示，第一永磁体10和第二永磁体20分别安装在永磁体安装面31上，因此第一永磁体10、第二永磁体20与永磁体固定板30配合构成了电机次级组件100，从而起到充磁作用，

由于第一永磁体11的充磁方向平行于第一方向，在电机次级组件100中主要提供主磁场，第二永磁体12的充磁方向平行于第二方向，在电机次级组件100中主要提供磁通路；因此，第二永磁体12在第一方向上的尺寸小于第一永磁体11在第一方向上的尺寸，与第二永磁体12在第一方向上的尺寸等于第一永磁体11在第一方向上的尺寸相比，减小了第二永磁体12在第一方向上的尺寸，不易对电机次级组件100内的磁场产生影响，保障直线电机最大推力输出的同时，能够降低直线电机内的推力波动，提高电机的运行稳定性。并且，减小第二永磁体12在第一方向上的尺寸，还能够有效降低高温下第二永磁体12退磁的风险，因此在较高运行温度下，直线电机能够维持大推力、高效率的运行效果。

此外，第一永磁体10与第二永磁体20沿第二方向交替安装在永磁体安装面31上；可选的，第一永磁体10与第二永磁体20的数量均可以为多个，其中，第一永磁体10与第二永磁体20的排列方式可以为：一个第一永磁体10与两个第二永磁体20在永磁体安装面31上交替设置；还可以为：多个第一永磁体10与多个第二永磁体20在永磁体安装面31上交替设置；也可以为：多个第一永磁体10与多个第二永磁体20一一交替安装在永磁体安装面31上。其中，第一方向垂直于第二方向，第一方向垂直于永磁体安装面31。

由此，通过使第一永磁体10与第二永磁体20在第一方向上的尺寸不同，也就是削薄了第二永磁体20在第一方向上的尺寸，并使第一永磁体10与第二永磁体20在永磁体安装面31上交替排布，使第一永磁体10与第二永磁体20由统一尺寸转变为交替式的尺寸分布，能够有效降低直线电机的推力波动，提高直线电机在运行过程中的平稳性。

根据本实用新型的一个实施例，相邻的两个第一永磁体11的充磁方向相反，相邻的两个第二永磁体12的充磁方向相反。

也就是说，多个第一永磁体11与多个第二永磁体12形成Halbach拓扑结构，电机次级组件100内形成的Halbach拓扑结构增强电机次级组件100的单边加强效果，即有效增强了直线电机的推力。

根据本实用新型的一个实施例，第一永磁体10具有沿第一方向相对设置的第一连接面11和第一配合面12，第一连接面11与永磁体安装面31连接。第二永磁体20具有沿第一方向相对设置的第二连接面21和第二配合面22，第一永磁体10与第二永磁体20沿第二方向交替设于永磁体安装面31，第二连接面21与永磁体安装面31连接。在第一方向上，第一配合面12距离永磁体安装面31的距离为L1，第二配合面22距离永磁体安装面31的距离为L2，L1与L2的关系满足1/2L1≤L2≤7/8L1。

具体而言，如图1至图2所示，第一永磁体10具有第一配合面12和第一连接面11，第一连接面11和第一配合面12在第一方向上相对设置，通过第一连接面11将第一永磁体10安装在永磁体安装面31上，第一配合面12在第一方向上距离永磁体安装面31的距离为L1。第二永磁体20具有第二连接面21和第二配合面22，第二连接面21与第二配合面22沿第一方向相对设置，通过第二连接面21将第二永磁体20安装在永磁体安装面31上，第二配合面22在第一方向上距离永磁体安装面31的距离为L2，L1大于L2。

此外，L1与L2的关系可以为L2＝1/2L1，还可以为L2＝5/8L1，也可以为L2＝7/8L1。换句话说，优化了L1与L2之间的关系，即优化了第一永磁体10与第二永磁体20在第一方向上的尺寸关系。适宜的尺寸关系，能够降低电机运行中的推力波动，使电机运行平稳。第二永磁体20在第一方向上的尺寸过小，较易对电机的推力产生影响，影响电机的使用效果。若第二永磁体20在第一方向上的尺寸大于第一永磁体10在第一方向上的尺寸，即对第一永磁体10进行削薄，较易降低直线电机的推力以及工作效果。

根据本实用新型的其他一些实施例，如图2所示，第二永磁体20在第二方向上的尺寸大于第一永磁体10在第二方向上的尺寸。

也就是说，在第二方向上，第一永磁体11的尺寸小于第二永磁体12的尺寸，进一步优化了第二永磁体12在第一方向上的尺寸，不仅在第一方向上减小了第二永磁体12的尺寸，在第二方向上增大了第二永磁体12的尺寸。换句话说，充分降低了第二永磁体12形成的行波磁场以及直线电机的推力波动，维持第二永磁体12的推力输出，提高直线电机的运行稳定性。

在本实用新型的一些具体实施方式中，第二永磁体20的永磁体牌号大于第一永磁体10的永磁体牌号。

具体地，由于在第一方向上与第二方向上，第二永磁体12的尺寸均小于第一永磁体11的尺寸，因此选用永磁体牌号较大的材料制作第二永磁体12，增强第二永磁体12的剩磁以及矫顽力，能够大幅度降低第二永磁体12在高温下退磁现象的发生，同时，在降低第二永磁体12磁钢用量的同时，维持直线电机的推力输出。换言之，第二永磁体12的永磁体牌号大于第一永磁体11的牌号，能够使第一永磁体11与第二永磁体12的磁力相似，维持直线电机的推力输出。

根据本实用新型的一些可选实施例，第二永磁体20的最大磁积能大于第一永磁体10的最大磁积能。

具体来讲，第二永磁体12采用磁积能较大的磁钢材料制成，由于在第一方向上与第二方向上，第二永磁体12的尺寸均小于第一永磁体11的尺寸，通过增大第二永磁体12的磁积能，弥补第二永磁体12因尺寸减小而产生的推力损失，从而提高第二永磁体12推力输出，使直线电机保持大推力、高效率的使用效果。

优选地，相邻的第一永磁体10与第二永磁体20配合形成一个极对，四个相邻的极对组成单元永磁体，在第二方向上，单元永磁体的尺寸为H，多个第一永磁体10与多个第二永磁体20的总尺寸为L，H的范围为：L/H＝n，其中，n为正整数。

具体而言，相邻的第一永磁体11和第二永磁体12的充磁方向相互垂直，那么相邻的第一永磁体11和第二永磁体12可以组成一个充磁方向不同的极对，四个相邻的极对可以组成一个单元永磁体，一个单元永磁体内的多个第一永磁体11与多个第二永磁体12的充磁方向依次为平行于第一方向并远离永磁体安装面31、平行于第二方向朝向图2的底面、平行于第一方向并朝向永磁体安装面31、平行于第二方向朝向图2的顶面，如上述往复并形成循环。单元永磁体的推力较为适宜，通过多个单元永磁体组成电机次级组件100，便于根据使用需要组成合适的电机次级组件100，并使直线电机能够获得大推力以及高效率的运行效果。

根据本实用新型的一个实施例，n≥6。

也就是说，电机次级组件100中单元永磁体的数量大于等于六个，可选的，电机次级组件100中单元永磁体的数量可以为六个，也可以为八个，还可以为十个，根据电机的实际需求进行调整。换句话说，电机次级组件100中具有六个以上的单元永磁体，能够获得较为优异且稳定的推力大小，使直线电机具有大推力、高效率的运行效果。

根据本实用新型的其他一些实施例，永磁体固定板30为环形板。

具体地，如图1至图2所示，由于永磁体固定板30为环形板，即永磁体固定板30套设在电机次级组件100外，并可随电机次级组件100同步运动。第一永磁体10与第二永磁体20能够沿永磁体固定板30分布并形成环形，以稳定提供磁场。

在本实用新型的一些具体实施方式中，永磁体固定板30为圆环形板，永磁体安装面31为圆环形板的内壁面，第一方向为圆环形板的径向，第二方向平行于圆环形板的轴向。

详细的，如图1至图2所示，永磁体固定板30形成为圆环形板，永磁体安装面31为靠近第一永磁体10的内壁面，通过永磁体安装面31连接第一永磁体10与第二永磁体20，第一方向为圆环形板的径向，第二方向为圆环形板的轴向，即第一永磁体10与第二永磁体20沿圆环形板的轴向交替排列。

根据本实用新型的一些可选实施例，第一永磁体10与第二永磁体20分别形成为圆环形结构。

具体来讲，第一永磁体10与第二永磁体20均为圆环形结构，第一连接面11即为圆环形面，第一连接面11能够与永磁体安装面31形状一致、贴合并连接，第二连接面21形成为圆环形面，第二连接面21能够与永磁体安装面31形状一致、贴合并连接，提高第一永磁体10与第二永磁体20与永磁体安装面31之间的匹配性、连接牢固性以及运动同步性，使电机次级组件100能够始终为一个整体。

根据本实用新型的一些可选实施例，第一永磁体10与第二永磁体20分别形成为扇环形块结构，处于同一高度的多个第一永磁体10均匀沿永磁体安装面31排布；处于同一高度的多个第二永磁体20均匀沿永磁体安装面31排布。

具体的，第一永磁体10与第二永磁体20可均为扇环形块的结构，将圆环沿圆心出发不重叠的两条直线剪开，被剪下的部分即为扇环形块。多个第一永磁体10沿永磁体安装面31排布，可选的，多个第一永磁体10可以首尾顺次连接并沿永磁体安装面31排布，即多个第一永磁体10可组成圆环结构；多个第一永磁体10也可以间隔开沿永磁体安装面31排布。多个第二永磁体20沿永磁体安装面31排布，可选的，多个第二永磁体20可以首尾顺次连接并沿永磁体安装面31排布，即多个第二永磁体20可组成圆环结构；多个第二永磁体20还可以间隔开沿永磁体安装面31排布。

由此，经多个扇环形块组成电机次级组件100，多个第一永磁体10形成的磁场以及多个第二永磁体20之间形成的磁场均得到了有效提高，即加强了直线电机中的推力输出，提高直线电机的运行效果以及运行稳定性。

本实用新型实施例还提供了一种直线电机，该直线电机包括根据上述任一实施例的电机次级组件100。由于根据本实用新型实施例的电机次级组件100具有上述技术效果，因此，根据本实用新型实施例的直线电机也具有相应的技术效果，即由于第一永磁体10与第二永磁体20在第一方向上的尺寸不同，并且在永磁体安装面31上交替排布，即削薄了第二永磁体20在第一方向上的尺寸，由统一尺寸转变为交替式尺寸分布，能够有效降低直线电机的推力波动，提高电机在运行过程中的平稳性。

在本实用新型的一些具体实施方式中，直线电机还包括电机初级组件200，电机初级组件200包括绕组202和铁芯201，绕组202设于铁芯201；电机次级组件100套设于电机初级组件200；第一永磁体10与铁芯201之间的间隙小于第二永磁体20与铁芯201之间的间隙。

具体而言，如图1所示，直线电机由电机初级组件200与电机次级组件100构成。电机初级组件200由铁芯201和绕组202组成，绕组202绕设在铁芯201外。电机次级组件100设于电机初级远离铁芯201的一侧，电机次级组件100可以套设在电机初级组件200外，并沿第二方向活动，电机次级组件100在第二方向上的尺寸小于电机初级在第二方向上的尺寸，即直线电机中可形成为短次级组件、长初级组件的结构。第一永磁体10与铁芯201之间能够形成第一间隙，第二永磁体20与铁芯201之间能够形成第二间隙，第一间隙在第一方向上的尺寸小于第二间隙在第一方向上的尺寸，即多个第一间隙与多个第二间隙能够在第一方向上形成波动交替式的不均匀间隙。

由此，由于直线电机的气隙磁场分布呈现非闭合、直线分布，直线电机定子侧两端开断致使三相绕组202不对称分布，使得电机次级组件100与电机初级组件200之间形成的间隙内磁通分布不均，气隙磁场发生畸变，端部效应力直接作用于电机，电机产生振动和噪声，电机控制难度加大，并产生端部效应以及推力波动。同时，铁芯齿槽结构也会产生齿槽定位力，即直线电机内影响推力的其他作用力较多。

换言之，通过第一间隙与第二间隙在第一方向上的尺寸不同并交替设置，使得电机初级组件200与电机次级组件100之间能够形成交替且波动的不均匀间隙，与电机次级组件100与电机初级组件200之间形成单一均匀的间隙相比，能够有效降低直线电机的推力波动，保障直线电机的最大推力输出，提高电机的运行效果。

可选的，铁芯201形成为齿槽结构。采用齿槽结构的铁芯201作为电机初级组件200，有效提高直线电机中的推力密度，使得电机次级组件100中具有较少的磁体数量，能够维持直线电机的运行效果；并且还能够提高直线电机的散热效果。

可选的，绕组202的分布采用分数槽结构，绕组202在图示中未示出。相较于具有整数槽结构的直线电机相比，具有分数槽结构的直线电机推力波动大大减小，能够进一步减少直线电机产生的噪音，提高直线电机的运行稳定性。

可选的，直线电机还包括滑动轴承，滑动轴承的一端与电机次级组件100连接，滑动轴承的另一端与电机初级组件200连接。

具体地，滑动轴承的一端与第一配合面12、第二配合面22连接，滑动轴承的另一端与铁芯201外壁面活动连接，滑动轴承套设在电机初级组件200外，使电机次级组件100能够沿铁芯201轴向滑动。

虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种电机次级组件，其特征在于，包括：

永磁体固定板，所述永磁体固定板具有永磁体安装面；

第一永磁体，所述第一永磁体设于所述永磁体安装面，所述第一永磁体的充磁方向平行于第一方向；

第二永磁体，所述第二永磁体设于所述永磁体安装面，所述第二永磁体的充磁方向平行于第二方向；

在所述第一方向上，所述第一永磁体的尺寸大于所述第二永磁体的尺寸；

其中，所述第一方向垂直于所述第二方向，且所述第一方向垂直于所述永磁体安装面。

2.根据权利要求1所述的电机次级组件，其特征在于，

所述第一永磁体具有沿所述第一方向相对设置的第一连接面和第一配合面，所述第一连接面与所述永磁体安装面连接；

所述第二永磁体具有沿所述第一方向相对设置的第二连接面和第二配合面，所述第一永磁体与所述第二永磁体沿所述第二方向交替设于所述永磁体安装面，所述第二连接面与所述永磁体安装面连接；

在所述第一方向上，所述第一配合面距离所述永磁体安装面的距离为L1，所述第二配合面距离所述永磁体安装面的距离为L2，所述L1与所述L2的关系满足1/2L1≤L2≤7/8L1。

3.根据权利要求1所述的电机次级组件，其特征在于，所述第二永磁体在所述第二方向上的尺寸大于所述第一永磁体在所述第二方向上的尺寸。

4.根据权利要求1所述的电机次级组件，其特征在于，所述第二永磁体的永磁体牌号大于所述第一永磁体的永磁体牌号。

5.根据权利要求1所述的电机次级组件，其特征在于，所述第二永磁体的最大磁积能大于所述第一永磁体的最大磁积能。

6.根据权利要求1所述的电机次级组件，其特征在于，相邻的所述第一永磁体与所述第二永磁体配合形成一个极对，四个相邻的所述极对组成单元永磁体，在所述第二方向上，所述单元永磁体的尺寸为H，多个所述第一永磁体与多个所述第二永磁体的总尺寸为L，所述H的范围为：L/H＝n，其中，n为正整数。

7.根据权利要求6所述的电机次级组件，其特征在于，所述n≥6。

8.根据权利要求1所述的电机次级组件，其特征在于，所述永磁体固定板为环形板。

9.根据权利要求1所述的电机次级组件，其特征在于，所述永磁体固定板为圆环形板，所述永磁体安装面为所述圆环形板的内壁面，所述第二方向平行于所述圆环形板的轴向，所述第一方向为所述圆环形板的径向。

10.根据权利要求9所述的电机次级组件，其特征在于，所述第一永磁体与所述第二永磁体分别形成为圆环形结构。

11.根据权利要求9所述的电机次级组件，其特征在于，所述第一永磁体与所述第二永磁体分别形成为扇环形块结构，处于同一高度的多个所述第一永磁体均匀沿所述永磁体安装面排布；处于同一高度的多个第二永磁体均匀沿所述永磁体安装面排布。

12.一种直线电机，其特征在于，包括如权利要求1-11中任一项所述的电机次级组件。

13.根据权利要求12所述的直线电机，其特征在于，还包括：

电机初级组件，所述电机初级组件包括铁芯和绕组，所述绕组设于所述铁芯；

所述电机次级组件套设于所述电机初级组件；

所述第一永磁体与所述铁芯之间的间隙小于第二永磁体与所述铁芯之间的间隙。