具有聚磁效應(yīng)的無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)定子及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有聚磁效應(yīng)的無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)定子，包括一直線型的支架，沿所述支架均勻排布有若干個(gè)永磁體，所述永磁體呈圓柱體，其磁化方向平行于直徑方向，且其磁化角按照預(yù)定的方式排列，由于圓柱形永磁體在直徑方向充磁時(shí)，不需要特殊設(shè)備，充磁效果好，磁化方向更準(zhǔn)確和易控制，因此磁化難度小，成功率高，而且采用上述預(yù)定的排列方式對(duì)永磁體進(jìn)行布置，可以得到非常理想的單邊增強(qiáng)磁場(chǎng)，另一邊磁場(chǎng)消失，永磁直線電機(jī)定子不需要鐵芯，因此永磁直線電機(jī)定子的功率密度大，直線電機(jī)的性能好。本發(fā)明還提供一種具有聚磁效應(yīng)的無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)定子的制造方法。
【專利說(shuō)明】
具有聚磁效應(yīng)的無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)定子及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電機(jī)加工及制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有聚磁效應(yīng)的無(wú)鐵芯永磁 直線電機(jī)定子及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 稀土永磁電機(jī)是上世紀(jì)70年代初期出現(xiàn)的一種新型永磁電機(jī)，由于稀土永磁體的 高磁能積和高矯頑力，使稀土永磁電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、特性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。 稀土永磁電機(jī)既可達(dá)到傳統(tǒng)勵(lì)磁電機(jī)所無(wú)法比擬的高性能要求，又可能制成滿足特定運(yùn)動(dòng) 要求的特種電機(jī)，如電梯牽引電機(jī)，汽車(chē)專用電機(jī)等。稀土永磁電機(jī)與電力電子技術(shù)和微機(jī) 控制技術(shù)相結(jié)合，更使電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的性能提高到一個(gè)嶄新的水平，從而提高所配套的 技術(shù)和性能。
[0003] 要制造高性能的稀土永磁電機(jī)必須使稀土永磁體產(chǎn)生符合電磁要求的磁場(chǎng)，1979 年美國(guó)勞倫斯?伯克利實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家K.Halbach博士提出了一種新穎的永磁陣列，這 種永磁陣列完全由稀土永磁材料制成，通過(guò)將不同充磁方向的永磁體按照一定規(guī)律排列， 能夠在磁體的一側(cè)匯聚磁力線，使磁場(chǎng)加強(qiáng)，且能滿足電磁要求，而另一側(cè)削弱磁力線，從 而獲得比較理想的單邊磁場(chǎng)。學(xué)術(shù)界將這種陣列方式的永磁體稱為Halbach陣列永磁體。
[0004] 盡管Halbach陣列能使永磁體產(chǎn)生理想的單邊磁場(chǎng)，但是目前利用Halbach陣列永 磁體制造電機(jī)轉(zhuǎn)子的技術(shù)仍不成熟，目前常用的技術(shù)中一般采用斜向充磁方式對(duì)單個(gè)的長(zhǎng) 方體狀的永磁體進(jìn)行磁化，然后將磁化后的永磁體單元粘結(jié)在一起，制成Halbach陣列永磁 體，然后再組裝成電機(jī)轉(zhuǎn)子。這種制造方法難度非常大，效率較低，因而制造成本居高不下。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的主要目的在于，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有聚磁效應(yīng)的 無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)定子及其制造方法，其具有制造難度低、組裝效率高，轉(zhuǎn)子的功率密度 大，不需要鐵芯等特點(diǎn)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0007] 本發(fā)明首先提供一種具有聚磁效應(yīng)的無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)定子，包括一直線型的 支架，沿所述支架均勻排布有若干個(gè)永磁體，所述永磁體呈圓柱體，且磁化方向平行于直徑 方向，設(shè)每個(gè)永磁體的磁極方向與所述支架的長(zhǎng)度方向所成的角度為<Pm，則上述若干個(gè)永 磁體依次按以下角度依次排列：
[0008]
[0009] 式中：
[0010] N為所述永磁直線電機(jī)定子的磁極對(duì)數(shù)；
[0011] η為每個(gè)磁極中包含的永磁體數(shù)目；
[0012] m為永磁體的順序編號(hào)，m=l，2,3,……，2N*n+l。
[0013] 上述永磁直線電機(jī)定子中，所述永磁體設(shè)置有一中心軸，所述中心軸的一端設(shè)置 有軸銷(xiāo)。
[0014] 上述永磁直線電機(jī)定子中，所述支架包括第一支架和第二支架，第一支架上設(shè)置 有圓孔，所述第二支架上的設(shè)置有銷(xiāo)軸孔，永磁體中心軸一端的所述軸適于插入到第一支 架上的所述圓孔中，永磁體中心軸的另一端軸銷(xiāo)適于插入到第二支架上的所述軸銷(xiāo)孔中。
[0015] 本發(fā)明還提供一種具有聚磁效應(yīng)的無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)定子的制造方法，包括以 下步驟：
[0016] a、在基座上固定第一支架，所述第一支架上均勻設(shè)置有2N*n+l個(gè)圓孔，所述2N*n+ 1個(gè)安裝孔直線排列；
[0017] b、配置2N*n+l個(gè)圓柱形永磁體，每個(gè)永磁體設(shè)置有一中心軸，所述中心軸的一端 設(shè)置有銷(xiāo)軸；
[0018] c、為每個(gè)永磁體充磁，且充磁方向平行于所述永磁體的直徑方向；
[0019] d、將每個(gè)所述永磁體的中心軸的園軸插入到第一支架的所述圓孔中，
[0020] e、將每個(gè)所述永磁體的中心軸的具有銷(xiāo)軸的一端插入到第二支架的所述銷(xiāo)軸孔 中，并使各永磁體的磁極方向與支架的長(zhǎng)度方向所成的角度9m依次滿足以下要求：
[0021]
[0022]其中:N為所述永磁直線電機(jī)定子的磁極對(duì)數(shù)；
[0023] η為每個(gè)磁極中包含的永磁體數(shù)目；
[0024] m為永磁體的順序編號(hào)，m=l，2,3,……，2N*n+l;
[0025] f、將第二支架固定在基座上，使各個(gè)永磁體的中心軸與所述第一支架和第二支架 垂直。
[0026] 本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的永磁直線電機(jī)定子和制造方法，首先，采用平行于直徑方向 充磁的圓柱形永磁體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的斜向充磁的長(zhǎng)方體狀的永磁體，由于圓柱形永磁體在直徑 方向充磁時(shí)，不需要特殊設(shè)備，充磁效果好，磁化方向更準(zhǔn)確和易控制，因此磁化難度小，成 功率高;其次，采用所述的公式對(duì)各個(gè)永磁體的磁化方向進(jìn)行排列，具有良好的聚磁效應(yīng)， 可以得到非常理想的單邊磁場(chǎng)，永磁直線電機(jī)定子不需要鐵芯，而且，每個(gè)磁極所包含的永 磁體數(shù)目越多，所得到的磁場(chǎng)就越趁近于正弦分布，從而電機(jī)的性能越好。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中永磁直線電機(jī)定子的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中永磁體的排布方式示意圖。
[0030] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中第一支架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中第二支架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中永磁直線電機(jī)定子的磁場(chǎng)分布不意圖。
[0033]本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，以便更清楚、直觀地 理解本發(fā)明的發(fā)明實(shí)質(zhì)。
[0035] 參照?qǐng)D1、圖2和圖3所不，本實(shí)施例提供一種具有聚磁效應(yīng)的無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī) 定子。該永磁直線電機(jī)定子包括一直線型的支架10,該支架10固定于一基座30上，沿著該支 架10的長(zhǎng)度方向均勻地排布有若干個(gè)永磁體20,這些永磁體20整體呈圓柱狀，在其中心設(shè) 置有中心軸21。該永磁體20的磁化方向平行于其圓柱體的直徑方向。
[0036] 假設(shè)該永磁直線電機(jī)定子有N對(duì)磁極，每個(gè)磁極包含η個(gè)永磁體20，則總共有2N*n+ 1個(gè)永磁體20。假設(shè)各永磁體20的磁極方向與支架10的長(zhǎng)度方向所成的角度（以下稱為磁化 角）為Φ??則上述2N*n+l個(gè)永磁體20依次按以下角度依次排列：
[0037]
[0038] 其中，m為永磁體20的順序編號(hào)，m=l，2,3,……，2N*n+l。
[0039]以磁極對(duì)數(shù)為2，每個(gè)磁極中包含4個(gè)永磁體20為例，總共有17個(gè)永磁體20，可以計(jì) 算出第1個(gè)永磁體20的磁化角為：
[0040]
;
[0041 ] 第2個(gè)永磁體20的磁化角為：
[0042] ……
[0043] 第16個(gè)永磁體20的磁化角為
[0044] 即，第1個(gè)永磁體20的磁化角為0度。
[0045] 所有17個(gè)永磁體20經(jīng)過(guò)上述方式排布后，得到圖6所示的磁場(chǎng)分布效果?？梢?jiàn)，在 本實(shí)施例的永磁直線電機(jī)定子的上方，形成增強(qiáng)的近似于正弦磁力曲線，而在永磁直線電 機(jī)定子的下方基本上沒(méi)有磁力線，從而有效地利用了永磁體20的磁場(chǎng)，并增加了永磁直線 電機(jī)定子的功率密度。而且，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于相同的磁極對(duì)數(shù)，每個(gè)磁極中包含的永磁 體20數(shù)目越多，即η越大，則永磁直線電機(jī)定子上方的磁力線越趨近于正弦曲線，電機(jī)的性 能也越好。
[0046] 此外，請(qǐng)參照?qǐng)D4和圖5所示，上述支架10包括第一支架11和第二支架12,第一支架 11和第二支架12均固定于基座30上，第一支架11上設(shè)置有銷(xiāo)軸孔111，第二支架12上的設(shè)置 有圓孔121。
[0047] 第一支架11上的銷(xiāo)軸孔111之間的距離與第二支架12上的圓孔121之間的距離相 等，使得永磁體20安裝到第一支架11和第二支架12之間后，能保持永磁體20的中心軸21與 第一支架11和第二支架12垂直。
[0048]具體地，本實(shí)施例的永磁體20的中心軸31由金屬材料制成，其一端設(shè)置有一銷(xiāo)軸 22。在對(duì)永磁體20的磁化角進(jìn)行調(diào)節(jié)后，可以通過(guò)該銷(xiāo)軸22插入上述銷(xiāo)軸孔111，以限制永 磁體20繞中心軸21旋轉(zhuǎn)，從而保持永磁體20的磁化角不變。
[0049]本實(shí)施例采用分別設(shè)置于第一支架11的銷(xiāo)軸孔111與設(shè)置于中心軸21上的銷(xiāo)軸22 的配合，以及設(shè)置于第二支架12的圓孔121與中心軸21的配合來(lái)固定永磁體20和調(diào)節(jié)磁化 角，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)采用粘結(jié)等固定方式，其優(yōu)點(diǎn)在于，永磁體20的組裝方便，安裝牢固可靠，有 利于提高生產(chǎn)效率和良品率。而且，采用銷(xiāo)軸孔111固定永磁體的方式，可以在安裝永磁體 20的同時(shí)對(duì)永磁體20的磁化角進(jìn)行調(diào)節(jié)和固定，這種方式安裝永磁體20非常方便和快捷。 [0050]本實(shí)施例還提供一種直線電機(jī)永磁直線電機(jī)定子的制造方法，其包括以下步驟： [0051 ] a、在基座上固定第一支架，第一支架上均勻設(shè)置有2N*n+l個(gè)銷(xiāo)軸孔，該2N*n+l個(gè) 安裝孔直線排列；
[0052] b、配置2N*n+l個(gè)圓柱形永磁體，每個(gè)永磁體設(shè)置有一中心軸，上述中心軸的一端 設(shè)置有銷(xiāo)軸；
[0053] c、為每個(gè)永磁體充磁，且充磁方向平行于永磁體的直徑方向；
[0054] d、將每個(gè)永磁體的中心軸的具有銷(xiāo)軸的一端插入上述銷(xiāo)軸孔中，并使各永磁體的 磁極方向與支架的長(zhǎng)度方向所成的角度φπι依次滿足以下要求：
[0055]
[0056] 其中:Ν為所述永磁直線電機(jī)定子的磁極對(duì)數(shù)；
[0057] η為每個(gè)磁極中包含的永磁體數(shù)目；
[0058] m為永磁體的順序編號(hào)，m=l，2,3,……，2N*n+l;
[0059] e、配置第二支架，該第二支架上對(duì)應(yīng)于上述銷(xiāo)軸孔均勻設(shè)置有直線排列的2N*n個(gè) 圓孔；
[0060] f、將每個(gè)永磁體的中心軸的與銷(xiāo)軸相對(duì)的另一端插入上述圓孔，使各個(gè)永磁體的 中心軸與第一支架和第二支架垂直。
[0061] 采用上述方法，可以永磁直線電機(jī)定子的組裝變得更方便，安裝更牢固可靠，有利 于提高生產(chǎn)效率和良品率。而且，采用將銷(xiāo)軸插入銷(xiāo)軸孔的方式固定永磁體，可以對(duì)永磁體 的磁化角進(jìn)行固化的同時(shí)，固定永磁體，采用這種方式可以使永磁體的組裝非常方便和快 捷。
[0062] 綜上所述，本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的直線電機(jī)的永磁直線電機(jī)定子和制造方法，首先， 采用平行于直徑方向充磁的圓柱形永磁體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的斜向充磁的長(zhǎng)方體狀的永磁體，由于 圓柱形永磁體在直徑方向充磁時(shí)，不需要特殊設(shè)備，充磁效果好，磁化方向更準(zhǔn)確和易控 制，因此磁化難度小，成功率高;其次，采用所述的公式對(duì)各個(gè)永磁體的磁化方向進(jìn)行排列， 具有良好的聚磁效應(yīng)，可以得到非常理想的單邊磁場(chǎng)，從而不需要導(dǎo)磁的鐵芯。而且，每個(gè) 磁極所包含的永磁體數(shù)目越多，所得到的磁場(chǎng)就越趁近于正弦分布，從而電機(jī)的性能越好。
[0063] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制其專利范圍，凡是利用本發(fā)明 說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng) 域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有聚磁效應(yīng)的無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)定子，其特征在于:包括一直線型的支架， 沿所述支架均勻排布有若干個(gè)永磁體，所述永磁體呈圓柱體，且磁化方向平行于直徑方向， 設(shè)每個(gè)永磁體的磁極方向與所述支架的長(zhǎng)度方向所成的角度為則上述若干個(gè)永磁體依 次按以下角度依次排列：式中： N為所述永磁直線電機(jī)定子的磁極對(duì)數(shù)； η為每個(gè)磁極中包含的永磁體數(shù)目； m為永磁體的順序編號(hào)，m=l，2,3, ，2N*n+l。2. 如權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)的永磁直線電機(jī)定子，其特征在于:所述永磁體設(shè)置有 一中心軸，所述中心軸的一端設(shè)置有銷(xiāo)軸。3. 如權(quán)利要求2所述的直線電機(jī)的永磁直線電機(jī)定子，其特征在于:所述支架包括第一 支架和第二支架，第一支架上設(shè)置有圓孔，所述第二支架上的設(shè)置有銷(xiāo)軸孔，永磁體中心軸 一端的所述軸適于插入到第一支架上的所述圓孔中，永磁體中心軸另一端的銷(xiāo)軸適于插入 到第二支架上的所述的銷(xiāo)軸孔中。4. 一種具有聚磁效應(yīng)的無(wú)鐵芯永磁直線電機(jī)定子制造方法，包括以下步驟： a、 在基座上固定第一支架，所述第一支架上均勻設(shè)置有2N*n+l個(gè)圓孔，所述2N*n+l個(gè) 安裝孔直線排列； b、 配置2N*n+l個(gè)圓柱形永磁體，每個(gè)永磁體設(shè)置有一中心軸，所述中心軸的一端設(shè)置 有銷(xiāo)軸； c、 為每個(gè)永磁體充磁，且充磁方向平行于所述永磁體的直徑方向； d、 將每個(gè)所述永磁體的中心軸的園軸插入到第一支架的所述圓孔中； e、 將每個(gè)所述永磁體的中心軸的具有銷(xiāo)軸的一端插入到第二支架的所述銷(xiāo)軸孔中，并 使各永磁體的磁極方向與支架的長(zhǎng)度方向所成的角度 iPrn依次滿足以下要求：其中，N為所述永磁直線電機(jī)定子的磁極對(duì)數(shù)； η為每個(gè)磁極中包含的永磁體數(shù)目； m為永磁體的順序編號(hào)，m=l，2,3, ，2N*n+l; f、 將第二支架固定在基座上，使各個(gè)永磁體的中心軸與所述第一支架和第二支架垂 直。
【文檔編號(hào)】H02K41/03GK105932858SQ201610271955
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】霍勇賢
【申請(qǐng)人】霍勇賢