專利名稱：一種能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電機設計領域，涉及一種能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機。
背景技術：
對于現(xiàn)有的跟蹤設備，目前采用的主要是力矩電機直接驅(qū)動的方式。該種傳動方式由于沒有中間的傳動環(huán)節(jié)，可以獲得較高的傳動剛度，同時可以減小傳動誤差。但是對于將要研制的新一代大型跟蹤設備(IOm以上級)，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機已經(jīng)不能滿足其應用需求，這種傳動方式就存在著不可規(guī)避的缺點，主要是由于設備的尺寸大，轉(zhuǎn)動慣量大，需要的電機的尺寸和輸出力矩也相應地增加。因此目前對于這種大型設備提出了弧形直線電機，與普通的旋轉(zhuǎn)電機相比，該種這種弧形直線電機存在一些結構上的缺點，主要包括(1) 由于電機的定子鐵心長度為有限長，當電機運行的時候就會在電機的端部形成磁場畸變， 這樣的磁場畸變磁場就會在定子與動子之間產(chǎn)生以電機極距為周期的力矩波動，該種效應為邊端效應。( 由于旋轉(zhuǎn)電機的定子鐵心是閉合的，三相繞組為旋轉(zhuǎn)對稱的，這樣三相繞組之間的互感是相等的，與旋轉(zhuǎn)電機不同的是，該種電機由于定子鐵心長度是有限長的，三相繞組在空間不是對稱的，這樣就使三相繞組之間的互感大小不相等。這樣即使給電機施加三相對稱的電壓，在電機的繞組中也不能形成三相對稱的電流，從而致使繞組中有高次電流諧波的存在，從而使電機產(chǎn)生較大的力矩波動，尤其在電機低速運行的時候會造成較大的力矩波動，影響電機的跟蹤性能，難以滿足大型低速旋轉(zhuǎn)設備的應用需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術解決問題克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，可以有效減小弧形直線電機由于邊端力和三相繞組不對稱造成的力矩波動，以實現(xiàn)電機低速、平穩(wěn)、高精度運行，滿足大型低速旋轉(zhuǎn)設備的應用需要。本發(fā)明的技術解決方案一種能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，所述弧形直線電機為三相交流永磁同步弧形直線電機，由三塊結構相同的定子A、B、C和一個轉(zhuǎn)子裝配而成；所述轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子磁軛和粘貼在轉(zhuǎn)子磁軛上的永磁體組成；所述三塊定子A、B、C 在空間按相距120度的機械角度排列；每塊定子A或B或C由含鐵心的三相定子繞組Al、 B1、C1或A2、B2、C2或A3、B3、C3構成，所述三塊定子中的三相定子繞組Al、Bi、Cl，A2、B2、 C2，A3、B3、C3采用錯相位連接構成三相整體繞組U、V、W，即三相定子繞組A1、B2、C3相連接構成U相整體繞組，三相定子繞組Bi、C2、A3相連接構成V相整體繞組，三相定子繞組Cl、 A2、B3相連接構成W相整體繞組，且構成的三相整體繞組U、V、W的電阻、電感、互感大小相等，所述三相整體繞組U、V、W采用Y型連接。所述每塊定子A或B或C為11極10槽，所述每塊定子A或B或C中的三相定子繞組采用跨相鄰槽的方式纏繞，從一端至另一端，即三相定子繞組中的線圈分別按AlalalA IAlalBlblblBlBlbiciclclClClcl或A2a2a2A2A2a2B2b2b2B2B2b2C2c2c2C2C2c2
或A3a3a3A3A3a;3B3b3b;3B;3B3b3C3c3c3C3C3c3 的方式纏繞，其中 Al 或 A2 或 A3 表示Al或A2或A3相繞組中的線圈繞進，al或a2或a3表示Al或A2或A3相繞組中的線圈繞出，Bl或B2或B3表示Bl或B2或B3相繞組中的線圈繞進，bl或1^2或b3表示Bl或B2 或B3相繞組中的線圈繞出，Cl或C2或C3表示Cl或C2或C3相繞組中的線圈繞進，cl或 c2或c3表示Cl或C2或C3相繞組中的線圈繞出。所述三塊定子A或B或C中的三相定子繞組中的相鄰線圈節(jié)距為5°，即160°電角度，每塊定子的每相繞組由相鄰的三個線圈串聯(lián)而成。所述每塊定子A或B或C分別通過4個Φ 9的通孔固定在安裝設備的靜止部位上， 轉(zhuǎn)子通過8個Φ 11的定位孔固定在安裝設備的轉(zhuǎn)動部位上。所述轉(zhuǎn)子與定子最小氣隙為1.2mm，誤差為士0. 01mm，整個裝置的有效厚度為 30mmo所述轉(zhuǎn)子D的外半徑198. 8mm,內(nèi)半徑178mm，轉(zhuǎn)子磁軛采用導磁性良好的45號鋼；永磁體的外形采用弧形設計，永磁體的最高高度為8mm，最低高度為6. 8mm，永磁體材料為釹鐵硼，永磁體剩磁達到0. 96T，矯頑力達到690KA/m。所述每塊定子由100塊厚度為0. 5mm的矽鋼片壓制而成，定子外半徑MOmm，內(nèi)半徑200mm，中心角為，外弧長為2 . 2mm。所述轉(zhuǎn)子磁軛上粘接有32對永磁體。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于(1)傳統(tǒng)的弧形直線電機連接方式為，線圈Al、A2、A3相連接構成U相繞組，線圈 Bi、B2、B3相連接構成V相繞組，線圈Cl、C2、C3相連接構成W相繞組。該種連接方式實際上是將三塊相同的電機串聯(lián)在一起，由于單塊電機的三相繞組不對稱，串聯(lián)在一起的U、V、W 三相繞組同樣不對稱。而本發(fā)明中采用的錯相位連接方式通過將三塊不同定子的不同相繞組進行串聯(lián)組成新的三相繞組，這樣減小了由于弧形直線電機定子繞組電感不對稱造成的力矩波動；此外采用三塊定子，每塊定子之間錯開kp+l/3p (ρ為極距)的距離，使定子之間保持一定的機械角度可以使定子產(chǎn)生的邊端力相互抵消，從而使電機在低速情況下產(chǎn)生較小的力矩波動，保證電機平穩(wěn)、高精度運行，滿足大型低速旋轉(zhuǎn)設備的應用需要。(2)本發(fā)明中弧形直線電機可以分成多塊分別進行加工，這樣可以減小弧形直線電機的加工難度，節(jié)約加工、運輸成本。(3)本發(fā)明中的每塊定子的繞組按AaaAAaBlABBbCccCCc的方式纏繞，可以保證三相繞組空間相位相差120°，進一步使定子之間保持一定的機械角度使定子產(chǎn)生的邊端力相互抵消，從而可以使電機進一步在低速情況下產(chǎn)生較小的力矩波動。(4)本發(fā)明中弧形直線電機為永磁同步電機，與直流電機相比，該種電機具有單位體積出力大、低速性能穩(wěn)定等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明弧形直線電機的整體結構圖；圖2為本發(fā)明弧形直線電機三相定子連接后組成新的繞組的示意圖；圖3為本發(fā)明弧形直線電機的單塊定子結構圖；圖4為本發(fā)明的弧形直線電機的單塊永磁體結構圖5為本發(fā)明的弧形直線電機的反電動勢；圖6為采用普通弧形直線電機進行控制得到的輸出力矩圖；圖7采用本發(fā)明進行控制得到的輸出力矩圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的弧形直線電機為三相交流永磁同步弧形直線電機，由三塊結構相同的定子A、B、C和一個轉(zhuǎn)子D裝配而成。轉(zhuǎn)子D由轉(zhuǎn)子磁軛2-1和貼接在轉(zhuǎn)子磁軛 2-1上的32對(64極)永磁體2-2組成。三塊定子A、B、C在空間按相距120度的機械角度排列安裝，三塊定子可以單獨進行加工和運輸，在使用時再安裝在一起。每塊定子A或B 或C分別通過4個Φ 9的通孔1-3固定在安裝設備的靜止部位上，轉(zhuǎn)子D通過8個Φ 11的定位孔2-3固定在安裝設備的轉(zhuǎn)動部位上。轉(zhuǎn)子D的外半徑198. 8mm,內(nèi)半徑178mm，轉(zhuǎn)子磁軛2-1采用導磁性良好的45號鋼，每塊定子由100塊厚度為0. 5mm的矽鋼片壓制而成， 定子外半徑240mm，內(nèi)半徑200mm，中心角為，外弧長為226. 2mm。轉(zhuǎn)子D與三塊定子之間的最小氣隙為1. 2mm，誤差為士0. 01mm，整個的弧形直線電機有效厚度為30mm。每塊定子A或B或C由定子鐵芯1-1和三相定子繞組Al、Bi、Cl或A2、B2、C2或 A3、B3、C3構成，三塊定子中的三相定子繞組Al、Bi、Cl，A2、B2、C2，A3、B3、C3采用錯相位連接構成新的三相整體繞組U、V、W，即三相定子繞組Al、B2、C3相連接構成U相整體繞組， 三相定子繞組Bi、C2、A3相連接構成V相整體繞組，三相定子繞組Cl、A2、B3相連接構成W 相整體繞組，且構成的三相整體繞組U、V、W的電阻、電感、互感大小相等，三相整體繞組U、 V、W采用Y型連接，如圖2所示。如圖3所示，每塊定子A或B或C為11極10槽，每塊定子A或B或C中的三相定子繞組采用跨相鄰槽的方式纏繞，從一端至另一端，即三相定子繞組中的線圈2-2分別按A IalalAlAlalBlblblBlBlbiciclclClClcl或A2a2a2A2A2a2B2b2b2B2B2b2C2c2c2C2C2c2或A!3a;3a3A3A;3a3B3b3b3B3B3b3C3c3c3C3C3c3 的方式纏繞，其中 Al 或 A2 或 A3 表示 Al或A2或A3相繞組中的線圈繞進，al或a2或a3表示Al或A2或A3相繞組中的線圈繞出， Bl或B2或B3表示Bl或B2或B3相繞組中的線圈繞進，bl或b2或b3表示Bl或B2或B3相繞組中的線圈繞出，Cl或C2或C3表示Cl或C2或C3相繞組中的線圈繞進，cl或c2或c3表示Cl或C2或C3相繞組中的線圈繞出。三塊定子A或B或C中的三相定子繞組中的相鄰線圈節(jié)距為5°，即160°電角度，每塊定子的每相繞組由相鄰的三個線圈串聯(lián)而成。 如圖4所示，本發(fā)明中的永磁體2-2最高高度為8mm，最低高度為6. 8mm,該種永磁體材料為釹鐵硼，型號為XG196/96，該種永磁體剩磁達到0. 96T，矯頑力達到690KA/m。永磁體的形狀對于電機的性能有重要的影響，本發(fā)明中永磁體2-2的外形采用弧形設計，這樣可以使電機的反電動勢很好地逼近正弦形，電機實測的反電動勢如圖5所示。
圖6為對普通弧形直線電機進行控制得到的力矩輸出曲線，可以看出由于邊端力和繞組不對稱等因素的影響電機的力矩波動比較大，可以達到4%左右。而采用本發(fā)明后的力矩輸出特性曲線如圖7所示，可以看出力矩波動降到以下。從對比的結果中可以看出本發(fā)明弧形直線電機及減少力矩波動的方法對于減小電機的低速力矩波動有很明顯的效
果ο
權利要求
1.一種能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，其特征在于所述弧形直線電機為三相交流永磁同步弧形直線電機，它由三塊結構相同的定子A、B、C和一個轉(zhuǎn)子D裝配而成； 所述轉(zhuǎn)子D由轉(zhuǎn)子磁軛(2-1)和貼接在轉(zhuǎn)子磁軛(2-1)上的永磁體(2- 組成；所述三塊定子A、B、C在空間按相距120度的機械角度排列安裝；每塊定子A或B或C由含鐵心的三相定子繞組々1、81、(1或42、82丄2或43、83丄3構成，所述三塊定子中的三相定子繞組Al、 Bi、Cl，A2、B2、C2，A3、B3、C3采用錯相位連接構成三相整體繞組U、V、W，即三相定子繞組 A1、B2、C3相連接構成U相整體繞組，三相定子繞組B1、C2、A3相連接構成V相整體繞組，三相定子繞組C1、A2、B3相連接構成W相整體繞組，且構成的三相整體繞組U、V、W的電阻、電感、互感大小相等，所述三相整體繞組U、V、W采用Y型連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，其特征在于所述每塊定子A或B或C為11極10槽，所述每塊定子A或B或C中的三相定子繞組采用跨相鄰槽的方式纏繞，從一端至另一端，即三相定子繞組中的線圈(2-2)分別按AlalalAlAla IBlblblBlBlbiciclclClClcl或A2a2a2A2A2a2B2b2b2B2B2b2C2c2c2C2C2c2或 A3a3a3A3A3a;3B;3b;3b;3B;3B;3b3C3c3c3C3C3c3 的方式纏繞，其中 Al 或 A2 或 A3 表示 Al 或A2或A3相繞組中的線圈繞進，al或a2或a3表示Al或A2或A3相繞組中的線圈繞出， Bl或B2或B3表示Bl或B2或B3相繞組中的線圈繞進，bl或1^2或b3表示Bl或B2或B3 相繞組中的線圈繞出，Cl或C2或C3表示Cl或C2或C3相繞組中的線圈繞進，cl或c2或 c3表示Cl或C2或C3相繞組中的線圈繞出。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，其特征在于 所述三塊定子A或B或C中的三相定子繞組中的相鄰線圈節(jié)距為5°，即160°電角度，每塊定子的每相繞組由相鄰的三個線圈串聯(lián)而成。
4.根據(jù)權利要求1所述的能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，其特征在于所述每塊定子A或B或C分別通過4個通孔(1-3)固定在安裝設備的靜止部位上，轉(zhuǎn)子D通過8個定位孔0-3)固定在安裝設備的轉(zhuǎn)動部位上。
5.根據(jù)權利要求1所述的能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子D與三塊定子之間的最小氣隙為1. 2mm，誤差為士0. 01mm，整個弧形直線電機的有效厚度為30mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子D的外半徑為198. 8mm,內(nèi)半徑178mm。
7.根據(jù)權利要求1所述的能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子磁軛采用導磁性良好的45號鋼。
8.根據(jù)權利要求1所述的能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，其特征在于所述永磁體0-2)的外形采用弧形設計；永磁體0-2)的最高高度為8mm，最低高度為6. 8mm, 永磁體材料為釹鐵硼，永磁體(2- 剩磁達到0. 96T，矯頑力達到690KA/m。
9.根據(jù)權利要求1所述的能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，其特征在于所述每塊定子由100塊厚度為0. 5mm的矽鋼片壓制而成，定子外半徑MOmm，內(nèi)半徑200mm，中心角為，外弧長為2 . 2mm。
10.根據(jù)權利要求1所述的能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子磁軛上粘接有32對永磁體(2-2)。
全文摘要
一種能夠減少力矩波動的多定子弧形直線電機，為三相交流永磁同步弧形直線電機，它由三塊結構相同的定子和一個轉(zhuǎn)子裝配而成；三塊定子在空間按相距120度的機械角度排列安裝在轉(zhuǎn)子上；每塊定子由含鐵心的三相定子繞組構成，三塊定子中的三相定子繞組采用錯相位連接構成新的三相整體繞組U、V、W，且構成的三相整體繞組U、V、W的電阻、電感、互感大小相等，所述三相整體繞組U、V、W采用Y型連接。本發(fā)明減小由于電機定子繞組電感不對稱造成的力矩波動，同時使定子之間保持一定的機械角度可以使定子產(chǎn)生的邊端力相互抵消，從而使電機在低速情況下產(chǎn)生較小的力矩波動，保證電機平穩(wěn)、高精度運行。
文檔編號H02K1/27GK102522865SQ20111040249
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權日2011年12月7日
發(fā)明者常九健, 馬文禮, 黃金龍 申請人:中國科學院光電技術研究所