独立绕组双边平板型永磁直线电机制造技术

本发明专利技术公开了独立绕组双边平板型永磁直线电机，包括初级、次级和气隙。初级包括电枢绕组、初级导磁铁心和永磁体阵列。次级两边有两个初级组件，形成双边结构。初级导磁铁心形成一个大开口槽结构，槽口设置永磁体阵列。初级导磁铁心相对开口槽的一边设置电枢绕组，次级两边两个初级的电枢绕组为同一相绕组，但电角度相差180°。次级为具有凸极结构的导磁铁心及间隙组成。两个初级和次级之间形成两个气隙。电机为单相电机或者多相电机，多相电机为单相电机的模块化组合。本发明专利技术永磁直线电机的永磁体和电枢绕组均位于初级，且采用大齿槽设计，利于实现绕组散热及采用大的电负荷设计，以提高推力，同时次级结构简单质量轻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及独立绕组双边平板型永磁直线电机，属于直线电机

技术介绍
基于直线电机的直接传动技术，省去了中间复杂传动机构，已在机床、电梯等直线运动场合应用，而且其应用领域正逐渐扩大到生产及生活的各领域。但是与旋转电机系统不同，大部分直接驱动的直线电机系统(电磁弹射应用中高速高加速直线电机除外)不能采用高速度设计提高功率密度并减小体积质量，因此，要减小直线电机的体积质量，只能寄希望于提高电机的推力密度。提高电机的推力密度，可以从提高电负荷、磁负荷和磁场变化频率几个方面考虑，已有的永磁同步直线电机，绕组绕制工艺复杂，绕组散热困难，限制了电负荷的提高。此外已有永磁同步直线电机，不管将初级或次级用作动子，动子质量均较大，使得电机一定输出推力情况下，电机的加速度和动态性能受到限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供独立绕组双边平板型永磁直线电机，解决了现有永磁同步直线电机推力密度低、加速度低的问题。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：独立绕组双边平板型永磁直线电机，所述电机为单相电机或者多相电机，多相电机为单相电机的模块化组合，单相电机包括上下两个初级、中间一个次级以及初级和次级之间形成的两个气隙；初级包括电枢绕组、初级导磁铁心、永磁体阵列，初级导磁铁心为环形开口槽结构，且开口槽靠近次级一侧，永磁体阵列沿水平方向设置于开口槽内，且相邻两个永磁体的极距为τ，电枢绕组绕制在初级导磁铁心与开口槽相对的一边上，两个初级对应的电枢绕组为同相绕组，但电角度互差180°，两个初级导磁铁心相对次级对称；次级包括沿水平方向直线排列的次级导磁铁心，相邻两个次级导磁铁心存在间隙，且相邻两个次级导磁铁心之间的距离为2τ；两个初级位于次级两边形成双边平板结构，次级作动子做直线运动。作为本专利技术的优选方案，所述永磁体阵列包括(2n+1)个沿垂直方向充磁的永磁体，n为正整数，相邻两个永磁体之间存在间隙，且相邻两个永磁体的充磁方向相反，位于次级两边相对位置处永磁体的极性相反。作为本专利技术的优选方案，所述永磁体阵列采用Halbach阵列结构，包括沿水平方向依次排列的永磁体，每个永磁体由左边垂直充磁永磁体和右边水平充磁永磁体组成，且位于次级两边相对位置处垂直充磁的两块永磁体，其充磁方向相反，位于次级两边相对位置处水平充磁的两块永磁体，其充磁方向相同。作为本专利技术的进一步方案，所述单相电机还包括两个背轭导磁铁心，所述背轭导磁铁心分别设置于永磁体阵列的背轭处。作为本专利技术的进一步方案，所述相邻两个次级导磁铁心存在间隙内设置有非导磁或者弱导磁的支撑结构。作为本专利技术的优选方案，所述多相电机相邻相间初级铁心的宽度为(k±2/M)τ，其中，k为自然数，M为多相电机的相数。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术独立绕组双边平板型永磁直线电机，绕组和永磁体均位于初级上，独立绕组结构使绕组绕制工艺简单，易于实现冷却，有利于提高电磁负荷，从而提高推力密度。2、本专利技术独立绕组双边平板型永磁直线电机，次级结构简单，易于加工。且次级质量轻，做动子做直线运动，相同的输出推力下，可以获得更大的加速度和速度。3、本专利技术独立绕组双边平板型永磁直线电机，易于实现各相模块化设计及应用，各相之间无电耦合，磁耦合很小，当某相绕组故障时，不影响其它相，易于实现容错控制，有利于提高电机的可靠性。附图说明图1是本专利技术实施例一单相电机的二维结构示意图。图2是本专利技术实施例二单相电机的二维结构示意图。图3是本专利技术实施例三单相电机的二维结构示意图。图4是本专利技术实施例四三相电机的二维结构示意图。其中，1-电枢绕组，2-初级导磁铁心，3-永磁体阵列，31-永磁体，32-永磁体，4-永磁体之间的间隙，5-气隙，6-次级导磁铁心，7-次级导磁铁心之间的间隙，8-槽，9-背轭导磁铁心，10-水平充磁永磁体。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图1所示，为本专利技术实施例一单相电机的二维结构示意图。本实施例为单相电机，包括初级、次级及两个气隙。初级由电枢绕组1、初级导磁铁心2、永磁体阵列3和永磁体之间的间隙4组成。初级导磁铁心2为环形开口结构，在内部形成一个大开口槽8结构，槽口沿水平方向上设置永磁体阵列3。永磁体阵列3中共有(2n+1)块沿垂直方向上充磁的永磁体，n为自然数，相邻永磁体的充磁方向相反，形成N-S-N极性的排列结构。永磁体之间的距离为τ。考虑到装配的可实施性，永磁体之间设置间隙4，该间隙4内可以设置非导磁或者弱导磁的材料，可以起到固定永磁体的作用。次级具有凸极效果，由次级导磁铁心6及间隙7组成次级。相邻次级导磁铁心之间的距离为2τ，即按照周期为2τ形成阵列。间隙7内同样可以设置非导磁或者弱导磁的支撑结构。两个初级位于次级两边，形成双边平板型结构。两个初级和次级之间形成两个气隙5。电机的次级作动子做直线运动。在两个初级导磁铁心2的槽8相对的一边绕制有电枢绕组，它们为同相绕组，但是两个初级上电枢绕组的相位互差180°。即在其中一个初级，绕组结构为A-X，在另一个初级，绕组为X-A。两个电枢绕组可以进行串联或者并联连接。本专利技术的永磁直线电机的工作过程和原理如下：初级永磁体发出的磁通，经气隙5、次级导磁铁心6、初级导磁铁心2形成闭合回路，并与电枢绕组1匝链，随着动子运动，次级和初级相对位置变化，与电枢绕组匝链的磁通大小和方向发生变化，从而在电枢绕组1中产生感应反电势。随着动子运动，在电枢绕组中通入相应的电流，电机即产生水平方向的推力。本专利技术的电枢绕组和永磁体均位于初级上，绕组绕制工艺简单，且易于实现散热设计，有利于实现大的电磁负荷设计，从而提高推力密度。次级结构简单，用作动子，动子质量轻，利于提高加速度。如图2所示，为本专利技术实施例二单相电机的二维结构示意图。本实施例与实施例一基本相同，其不同点主要在于：在永磁体阵列靠槽方向设置背轭导磁铁心9。本实施例有利于减小永磁体漏磁，并使永磁体粘贴装配工艺简单易行。如图3所示，为本专利技术实施例三单相电机的二维结构示意图。本实施例与实施例二基本相同，其不同点主要在于：永磁体阵列采用Halbach永磁阵列结构，初级槽口每个极下包括m块永磁体，以m＝2为例，每个极下包括垂直充磁永磁体和水平充磁的永磁体，位于次级两边相对位置处的垂直充磁的两块永磁体，其充磁方向相反，位于次级两边相对位置处的水平充磁的两块永磁体，它们的充磁方向相同。本实施例有利于改善磁场正弦性，提高磁负荷。如图4所示，为本专利技术实施例四三相电机的二维结构示意图。本实施例与实施例一的区别是：实施例一为单相电机，实施例三为三相电机。本实施例为三相电机，B相电机和C相电机的结构与A相电机的结构完全相同，各相电机模块沿水平方向排列，相邻两相电机之间的导磁铁心的水平方向宽度为(k±2/3)τ，k为自然数。绕组采用三相供电，可以是正弦波或者方波供电。该电机采用模块化设计，各相之间无电耦合，磁耦合很小，当某相绕组故障时，不影响其它相，易于实现容错控制，有利于提高电机的可靠性本文档来自技高网...

【技术保护点】
独立绕组双边平板型永磁直线电机，所述电机为单相电机或者多相电机，多相电机为单相电机的模块化组合，其特征在于，单相电机包括上下两个初级、中间一个次级以及初级和次级之间形成的两个气隙；初级包括电枢绕组、初级导磁铁心、永磁体阵列，初级导磁铁心为环形开口槽结构，且开口槽靠近次级一侧，永磁体阵列沿水平方向设置于开口槽内，且相邻两个永磁体的极距为τ，电枢绕组绕制在初级导磁铁心与开口槽相对的一边上，两个初级对应的电枢绕组为同相绕组，但电角度互差180°，两个初级导磁铁心相对次级对称；次级包括沿水平方向直线排列的次级导磁铁心，相邻两个次级导磁铁心存在间隙，且相邻两个次级导磁铁心之间的距离为2τ；两个初级位于次级两边形成双边平板结构，次级作动子做直线运动。

【技术特征摘要】
1.独立绕组双边平板型永磁直线电机，所述电机为单相电机或者多相电机，多相电机为单相电机的模块化组合，其特征在于，单相电机包括上下两个初级、中间一个次级以及初级和次级之间形成的两个气隙；初级包括电枢绕组、初级导磁铁心、永磁体阵列，初级导磁铁心为环形开口槽结构，且开口槽靠近次级一侧，永磁体阵列沿水平方向设置于开口槽内，且相邻两个永磁体的极距为τ，电枢绕组绕制在初级导磁铁心与开口槽相对的一边上，两个初级对应的电枢绕组为同相绕组，但电角度互差180°，两个初级导磁铁心相对次级对称；次级包括沿水平方向直线排列的次级导磁铁心，相邻两个次级导磁铁心存在间隙，且相邻两个次级导磁铁心之间的距离为2τ；两个初级位于次级两边形成双边平板结构，次级作动子做直线运动。2.根据权利要求1所述独立绕组双边平板型永磁直线电机，其特征在于，所述永磁体阵列包括(2n+1)个沿垂直方向充磁的永磁体，n为正整数，相邻两个永磁体之间存在间隙，且相邻两个永磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄旭珍，李静，钱振宇，谭强，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32