專利名稱：環(huán)形繞組分段式永磁同步直線電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)形繞組分段式永磁同步直線電機(jī)，屬于直線電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)九十年代，伴隨以釹鐵硼為代表的永磁材料技術(shù)的快速發(fā)展，永磁同步 直線電動(dòng)機(jī)(PMLSM)以其在推力、動(dòng)態(tài)性能、定位精度等方面的優(yōu)越性，而逐漸成為直線伺 服系統(tǒng)的首選驅(qū)動(dòng)部件。在大推力長(zhǎng)行程需求的應(yīng)用場(chǎng)合，如大載荷推進(jìn)加速系統(tǒng)、提升運(yùn) 輸系統(tǒng)等，長(zhǎng)初級(jí)雙邊平板型永磁同步直線電機(jī)由于具有瞬時(shí)推力較大，運(yùn)行可靠，無切向 法向力的影響等優(yōu)點(diǎn)，成為了一種重要的動(dòng)力源，引起人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾?。但是，這種長(zhǎng) 初級(jí)電機(jī)，如果對(duì)大電流驅(qū)動(dòng)的初級(jí)定子進(jìn)行整段供電，會(huì)造成能源極大的浪費(fèi)，并且整個(gè) 電樞繞組的電感較大，會(huì)增加控制的難度和成本。因此，長(zhǎng)初級(jí)直線電機(jī)的電樞繞組通常采 用分段式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外普遍采用的方法是將電機(jī)的初級(jí)定子進(jìn)行分段，使定子為不連 續(xù)定子，如說明書附圖5所示。圖5中在機(jī)座4上，第一電樞鐵心1和第二電樞鐵心11相 隔一段距離布置，動(dòng)子在運(yùn)動(dòng)到間隔3處時(shí)自由滑行。這種方式，由于直線電機(jī)本身的端部 效應(yīng)及動(dòng)子自由滑行時(shí)造成的動(dòng)子與定子耦合面積的改變，使得電機(jī)動(dòng)子在第一電樞鐵心 1和第二電樞鐵心11的間隔3處運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生較大的推力波動(dòng)，嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可 靠性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)形繞組分段式永磁同步直線電機(jī)，它解決了現(xiàn)有分段 式永磁同步直線電機(jī)推力波動(dòng)大，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性差的問題。 本發(fā)明包括初級(jí)和次級(jí)，次級(jí)包括兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件分 別位于初級(jí)的上表面和下表面上，一個(gè)永磁體勵(lì)磁部件的內(nèi)側(cè)表面與次級(jí)的上表面之間設(shè) 置有上氣隙，另一個(gè)永磁體勵(lì)磁部件的內(nèi)側(cè)表面與次級(jí)的下表面之間設(shè)置有下氣隙；所述 兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件的結(jié)構(gòu)呈鏡像對(duì)稱；
所述初級(jí)由多段電樞鐵心和多個(gè)環(huán)形電樞繞組組成，多段電樞鐵心順次緊密相接，每 段電樞鐵心的外表面上分別纏繞一個(gè)環(huán)形電樞繞組，每個(gè)環(huán)形電樞繞組為由多個(gè)單層環(huán)形 線圈順次連接組成的整數(shù)槽繞組；所述單層環(huán)形線圈的線圈平面與次級(jí)的運(yùn)動(dòng)方向垂直；
所述每個(gè)永磁體勵(lì)磁部件由動(dòng)子鐵軛和多對(duì)平板形永磁體組成，多對(duì)平板形永磁體固 定于動(dòng)子鐵軛的內(nèi)側(cè)表面上，多對(duì)平板形永磁體在動(dòng)子鐵軛的內(nèi)側(cè)表面上沿運(yùn)動(dòng)方向按單行多列式排布；平板形永磁體的充磁方向垂直于動(dòng)子鐵軛，相鄰平板形永磁體的充磁方向
相反；兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件上位置相對(duì)的兩個(gè)平板形永磁體的充磁方向相反。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明所述的雙邊結(jié)構(gòu)環(huán)形繞組分段式永磁同步直線電機(jī)，次
級(jí)的兩個(gè)邊與初級(jí)之間形成的法向力的方向相反，能夠相互抵消，可以滿足大載荷高速推
進(jìn)系統(tǒng)對(duì)瞬時(shí)高推力的需求；采用的電樞鐵心的分段方法，使相鄰的電樞鐵心緊密相接，不
同環(huán)形電樞繞組在電路上斷開，這樣在整個(gè)電機(jī)運(yùn)行的過程中，電機(jī)初級(jí)、次級(jí)的耦合面積
始終保持不變。與現(xiàn)在通用的初級(jí)的分段方法相比，不存在相鄰電樞鐵心段之間的間隔，并
且相鄰的兩個(gè)環(huán)形電樞繞組之間不存在空間的間隔，當(dāng)電機(jī)次級(jí)進(jìn)出初級(jí)電樞鐵心的某段
時(shí)，不會(huì)因明顯的進(jìn)出端效應(yīng)而產(chǎn)生大的波動(dòng)和噪聲；不會(huì)因其耦合面積的減小，造成較大
的推力跌落，使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。同時(shí)能夠減少能源消耗，提高系統(tǒng)效率。
圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中電樞鐵心分段處的橫截面結(jié)構(gòu)示 意圖；圖3為本發(fā)明中永磁體磁路的原理圖；圖4是電樞鐵心上纏繞的環(huán)形電樞繞組的三 相排布圖；圖5為現(xiàn)有不連續(xù)定子的分段電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一 下面結(jié)合圖l至圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括初級(jí)和次 級(jí)，次級(jí)包括兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件2，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件2分別位于初級(jí)的上表面和下表 面上，一個(gè)永磁體勵(lì)磁部件2的內(nèi)側(cè)表面與次級(jí)的上表面之間設(shè)置有上氣隙，另一個(gè)永磁 體勵(lì)磁部件2的內(nèi)側(cè)表面與次級(jí)的下表面之間設(shè)置有下氣隙；所述兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件2 的結(jié)構(gòu)呈鏡像對(duì)稱；
所述初級(jí)由多段電樞鐵心1-1和多個(gè)環(huán)形電樞繞組1-2組成，多段電樞鐵心1-1順次 緊密相接，每段電樞鐵心1-1的外表面上分別纏繞一個(gè)環(huán)形電樞繞組l-2，每個(gè)環(huán)形電樞繞 組1-2為由多個(gè)單層環(huán)形線圈順次連接組成的整數(shù)槽繞組；所述單層環(huán)形線圈的線圈平面 與次級(jí)的運(yùn)動(dòng)方向垂直；
所述每個(gè)永磁體勵(lì)磁部件2由動(dòng)子鐵軛2-1和多對(duì)平板形永磁體2-2組成，多對(duì)平板 形永磁體2-2固定于動(dòng)子鐵軛2-1的內(nèi)側(cè)表面上，多對(duì)平板形永磁體2-2在動(dòng)子鐵軛2-1 的內(nèi)側(cè)表面上沿運(yùn)動(dòng)方向按單行多列式排布；平板形永磁體2-2的充磁方向垂直于動(dòng)子鐵 軛2-l，相鄰平板形永磁體2-2的充磁方向相反；兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件2上位置相對(duì)的兩個(gè) 平板形永磁體2-2的充磁方向相反。 本實(shí)施方式中多個(gè)環(huán)形電樞繞組1-2僅在電路上斷開，分別由獨(dú)立的控制器控制 供電。電機(jī)的永磁體總數(shù)為P=2p， p為平板形永磁體2-2的對(duì)數(shù)；分別在兩個(gè)永磁體勵(lì)磁 部件2上位置相對(duì)的兩個(gè)平板形永磁體2-2，由于充磁方向相反，面向初級(jí)側(cè)的極性相同； 環(huán)形電樞繞組l-2采用的單層環(huán)形線圈的布置與傳統(tǒng)的繞組不同，它的線圈平面與初級(jí)的運(yùn)動(dòng)方向垂直，與電樞鐵心1-1的分段面平行，為豎直的環(huán)狀，對(duì)于一個(gè)豎直的環(huán)形線圈來說，若上層有效邊的電流為進(jìn)，則下層有效邊的電流即為出，當(dāng)位置相對(duì)的兩個(gè)平板形永磁體2-2的充磁方向相反，即可形成并聯(lián)形式的電機(jī)主磁路，根據(jù)左手定則，使初級(jí)與兩邊的次級(jí)相互作用時(shí)，產(chǎn)生的力的方向一致，使得繞組的上下層有效邊都可以得到充分利用；本發(fā)明中永磁體勵(lì)磁部件2為可動(dòng)部件，相鄰的兩段電樞鐵心1-1在磁路上關(guān)聯(lián)而電路上相互獨(dú)立。 本發(fā)明所述的雙邊結(jié)構(gòu)電機(jī)，環(huán)形電樞繞組1-2的上下層有效邊均可切割磁力線，導(dǎo)體的利用率較高；環(huán)形電樞繞組1-2由于采用單層繞組結(jié)構(gòu)，不會(huì)在電機(jī)端部形成半填槽，更有效的利用了電樞鐵心l-l，同時(shí)由于單層環(huán)形線圈與電樞鐵心1-1的分段面平行，使電樞鐵心l-l的分段過程簡(jiǎn)單化，分段長(zhǎng)度不受限制。該種分段方法可以根據(jù)行程和次級(jí)的長(zhǎng)度來增加環(huán)形電樞繞組1-2的個(gè)數(shù)，各個(gè)環(huán)形電樞繞組l-2可在電路上分別控制，從而節(jié)約能源，提高系統(tǒng)效率，同時(shí)簡(jiǎn)化了加工制造。 對(duì)本實(shí)施方式所述分段電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，要始終保持兩個(gè)環(huán)形電樞繞組1-2通電，即次級(jí)所在電樞鐵心1-1段與相鄰的下一段電樞鐵心1-1同時(shí)通電，當(dāng)次級(jí)離開某個(gè)電樞鐵心1-1段后，該段電樞鐵心1-1即可斷電。這樣避免了動(dòng)磁式電機(jī)整個(gè)環(huán)形電樞繞組1-2同時(shí)通電造成的資源浪費(fèi)，提高了系統(tǒng)效率。同時(shí)由于采用動(dòng)磁式結(jié)構(gòu)，取消了冗長(zhǎng)的導(dǎo)線拖鏈，避免了永磁體的大面積防護(hù)問題，適用于電磁彈射等大載荷高速推進(jìn)系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于所述電樞鐵心1-1為無槽結(jié)構(gòu)，每段電樞鐵心1-1上纏繞一個(gè)環(huán)形電樞繞組，每個(gè)環(huán)形電樞繞組1-2的相鄰單層環(huán)形線圈中心之間的距離d與平板形永磁體2-2的極距t p之間的關(guān)系為3nd= t p，式中n為自然數(shù)，每段電樞鐵心1-1上單層環(huán)形線圈的環(huán)數(shù)為3的整數(shù)倍。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。 本實(shí)施方式所述的無槽結(jié)構(gòu)的電樞鐵心l-l，將環(huán)形電樞繞組1-2纏繞在其光滑的表面上，繞組布線更易實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖1和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于所述每段電樞鐵心1-1的兩側(cè)氣隙側(cè)外表面上對(duì)稱開有多對(duì)長(zhǎng)條槽，長(zhǎng)條槽的開槽方向垂直于電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，相鄰長(zhǎng)條槽之間為長(zhǎng)條齒，電樞鐵心1-1的齒距t s與平板形永磁體2-2的極距t p之間的關(guān)系為3n t s=、，式中n為自然數(shù)，每段電樞鐵心1-1上長(zhǎng)條槽的對(duì)數(shù)為3的整數(shù)倍；
每個(gè)環(huán)形電樞繞組l-2對(duì)應(yīng)纏繞于一段電樞鐵心1-1的長(zhǎng)條槽內(nèi)。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。 本實(shí)施方式中環(huán)形電樞繞組1-2的每個(gè)單層環(huán)形線圈的兩個(gè)長(zhǎng)邊嵌放于電樞鐵心上下對(duì)稱的長(zhǎng)條槽內(nèi)，呈纏繞于電樞鐵心l-l的狀態(tài)。所述單層環(huán)形線圈的個(gè)數(shù)與每段電樞鐵心1-1上長(zhǎng)條槽的對(duì)數(shù)相等。電樞鐵心1-1安放在電機(jī)的機(jī)座上。
圖4所示，單層環(huán)形線圈與普通單層繞組的線圈的區(qū)別只是端部聯(lián)接形式發(fā)生了變化，單層環(huán)形線圈在長(zhǎng)條槽中有效導(dǎo)體的分布并未發(fā)生改變，因此其性能分析計(jì)算方法、磁路計(jì)算、主要參數(shù)如勵(lì)磁電抗、槽漏抗、諧波漏抗等的計(jì)算均同普通單層繞組線圈相同，端部聯(lián)接形式的不同，只是使電阻計(jì)算及端部漏抗的計(jì)算有所不同。本實(shí)施方式所述的齒槽結(jié)構(gòu)電機(jī)，由于初級(jí)鐵心采用開槽結(jié)構(gòu)，使初級(jí)與次級(jí)之間形成的有效氣隙的長(zhǎng)度減小，氣隙磁密得到提高，相比于非齒槽結(jié)構(gòu)的電機(jī)，可以產(chǎn)生更大的電磁推力。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一、二或三的不同之處在于所述電樞鐵心1-1為兩段；所述每個(gè)永磁體勵(lì)磁部件2的動(dòng)子鐵軛2-1上固定一對(duì)平板形永磁體2-2。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一、二或三相同。
圖1所示，附圖標(biāo)記A處是兩段電樞鐵心1-1的相接處，即兩段電樞鐵心1-1的分段處，對(duì)于動(dòng)磁式長(zhǎng)初級(jí)結(jié)構(gòu)的永磁同步直線電機(jī)，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，動(dòng)子(次級(jí))從定子(初級(jí)) 一端運(yùn)動(dòng)到另一端期間，如果整個(gè)行程內(nèi)全部環(huán)形電樞繞組都同時(shí)通電，實(shí)際上起到產(chǎn)生電磁推力的環(huán)形電樞繞組僅為與動(dòng)子耦合的一段，其它通電段只起到產(chǎn)生損耗的負(fù)面作用，主要體現(xiàn)在一、電機(jī)繞組的有效部分占實(shí)際通電部分的比例小，而整個(gè)通電部分都將產(chǎn)生損耗，導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)的效率降低；二、全部環(huán)形電樞繞組同時(shí)通電使得電路中的電感、電阻等參數(shù)變大，直接限制了電機(jī)的輸出特性；三、通電的行程越長(zhǎng)對(duì)外部電力電子器件的要求越高，使得整個(gè)系統(tǒng)的成本提高。
權(quán)利要求
一種環(huán)形繞組分段式永磁同步直線電機(jī)，它包括初級(jí)和次級(jí)，其特征在于次級(jí)包括兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件(2)，兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件(2)分別位于初級(jí)的上表面和下表面上，一個(gè)永磁體勵(lì)磁部件(2)的內(nèi)側(cè)表面與次級(jí)的上表面之間設(shè)置有上氣隙，另一個(gè)永磁體勵(lì)磁部件(2)的內(nèi)側(cè)表面與次級(jí)的下表面之間設(shè)置有下氣隙；所述兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件(2)的結(jié)構(gòu)呈鏡像對(duì)稱；所述初級(jí)由多段電樞鐵心(1-1)和多個(gè)環(huán)形電樞繞組(1-2)組成，多段電樞鐵心(1-1)順次緊密相接，每段電樞鐵心(1-1)的外表面上分別纏繞一個(gè)環(huán)形電樞繞組(1-2)，每個(gè)環(huán)形電樞繞組(1-2)為由多個(gè)單層環(huán)形線圈順次連接組成的整數(shù)槽繞組；所述單層環(huán)形線圈的線圈平面與次級(jí)的運(yùn)動(dòng)方向垂直；所述每個(gè)永磁體勵(lì)磁部件(2)由動(dòng)子鐵軛(2-1)和多對(duì)平板形永磁體(2-2)組成，多對(duì)平板形永磁體(2-2)固定于動(dòng)子鐵軛(2-1)的內(nèi)側(cè)表面上，多對(duì)平板形永磁體(2-2)在動(dòng)子鐵軛(2-1)的內(nèi)側(cè)表面上沿運(yùn)動(dòng)方向按單行多列式排布；平板形永磁體(2-2)的充磁方向垂直于動(dòng)子鐵軛(2-1)，相鄰平板形永磁體(2-2)的充磁方向相反；兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件(2)上位置相對(duì)的兩個(gè)平板形永磁體(2-2)的充磁方向相反。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形繞組分段式永磁同步直線電機(jī)，其特征在于所述電樞 鐵心(1-1)為無槽結(jié)構(gòu)，每段電樞鐵心(1-1)上纏繞一個(gè)環(huán)形電樞繞組，每個(gè)環(huán)形電樞繞組 (1-2)的相鄰單層環(huán)形線圈中心之間的距離d與平板形永磁體(2-2)的極距、之間的關(guān) 系為3nd=、，式中n為自然數(shù)，每段電樞鐵心(l-l)上單層環(huán)形線圈的環(huán)數(shù)為3的整數(shù)倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形繞組分段式永磁同步直線電機(jī)，其特征在于所述每 段電樞鐵心(l-l)的兩側(cè)氣隙側(cè)外表面上對(duì)稱開有多對(duì)長(zhǎng)條槽，長(zhǎng)條槽的開槽方向垂直于 電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，相鄰長(zhǎng)條槽之間為長(zhǎng)條齒，電樞鐵心(l-l)的齒距、與平板形永磁體 (2-2)的極距t p之間的關(guān)系為3n t s=、，式中n為自然數(shù)，每段電樞鐵心(1_1)上長(zhǎng)條槽 的對(duì)數(shù)為3的整數(shù)倍；每個(gè)環(huán)形電樞繞組(1-2)對(duì)應(yīng)纏繞于一段電樞鐵心(1-1)的長(zhǎng)條槽內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的環(huán)形繞組分段式永磁同步直線電機(jī)，其特征在于所 述電樞鐵心(1-1)為兩段；所述每個(gè)永磁體勵(lì)磁部件(2)的動(dòng)子鐵軛(2-1)上固定一對(duì)平板 形永磁體(2-2)。
全文摘要
環(huán)形繞組分段式永磁同步直線電機(jī)，屬于直線電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有分段式永磁同步直線電機(jī)推力波動(dòng)大，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性差的問題。它的次級(jí)的兩個(gè)永磁體勵(lì)磁部件分別位于初級(jí)的上表面和下表面上，一個(gè)永磁體勵(lì)磁部件的內(nèi)側(cè)表面與次級(jí)的上表面和另一個(gè)永磁體勵(lì)磁部件的內(nèi)側(cè)表面與次級(jí)的下表面之間分別為氣隙；初級(jí)的多段電樞鐵心順次緊密相接，每段電樞鐵心上的環(huán)形電樞繞組為整數(shù)槽繞組；每個(gè)環(huán)形電樞繞組的單層環(huán)形線圈平面與次級(jí)的運(yùn)動(dòng)方向垂直；每個(gè)永磁體勵(lì)磁部件上有多對(duì)平板形永磁體固定于動(dòng)子鐵軛的內(nèi)側(cè)表面上，平板形永磁體的充磁方向垂直于動(dòng)子鐵軛，位置相對(duì)的平板形永磁體的充磁方向相反。本發(fā)明用于長(zhǎng)行程、大推力的直線推進(jìn)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02K41/03GK101783574SQ20101014450
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者寇寶泉, 曹繼偉, 李立毅, 洪俊杰, 馬明娜 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)