專利名稱：一種基于組合鐵芯初級的永磁同步直線電機(jī)的制作方法
一種基于組合鐵芯初級的永磁同步直線電機(jī)
技 術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及直線電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁同步直線電機(jī)。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)電機(jī)三相繞組沿周向結(jié)構(gòu)對稱循環(huán)，三相繞組參數(shù)對稱恒定，電磁轉(zhuǎn)矩的諧 波分量較小。直線電機(jī)可以認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的一種演變，它可以看作是將一臺 旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開，然后將電機(jī)的圓周展成直線。直線電機(jī)包括初級和次級，初級由鐵芯 和繞組構(gòu)成，由于初級鐵芯不能像旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣具有閉合圓環(huán)的形狀，而是長直、兩端開斷 的鐵芯，造成了很大的端部磁阻力，由于端部的氣隙磁阻隨運(yùn)動位置發(fā)生急劇變化，造成端 部磁阻力的值大幅度波動。初級鐵芯邊端開斷，同時引起各相繞組參數(shù)不對稱，造成較大幅 度的電磁推力脈動，嚴(yán)重惡化了直線電機(jī)的控制特性。邊端效應(yīng)產(chǎn)生的磁阻力和電磁推力 脈動是電機(jī)推力波動的主要成分，是電機(jī)推力波動幅度大的主要因素。對邊端磁阻力問題， 大量的研究積極探索消去其基頻影響的方法，相對有效的手段是有限元數(shù)字仿真優(yōu)化結(jié)合 頻譜分析，但針對基頻削弱邊端磁阻力的方法所能降低磁阻力波動幅度仍不能達(dá)到理想的 要求，邊端磁阻力由于波動幅值較大，仍然是目前存在的影響直線電機(jī)性能改善的主要因 素之一。邊端效應(yīng)引起的電磁推力脈動在電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上尚無有效的方法，主要依靠電機(jī) 控制方案抑制，影響了電機(jī)的控制效果、增加了控制耗費(fèi)。由于邊端效應(yīng)問題本身的復(fù)雜 性，已有的各種削弱邊端效應(yīng)影響的理論和方法在適用范圍、應(yīng)用效果均有較大局限，未能 全面有效解決邊端效應(yīng)問題，直接影響了永磁同步直線電機(jī)的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于組合鐵芯初級的永磁同步直線電機(jī)，可消除邊端 效應(yīng)產(chǎn)生的推力波動。一種基于組合鐵芯初級的永磁同步直線電機(jī)，包括次級和初級，其特征在于，次級 包含一個次級模塊或一個以上的橫向平行放置的次級模塊，次級模塊縱向上布置有交替等 距排列的N極和S極磁鋼；初級由一個以上的鐵芯模塊構(gòu)成，初級鐵芯模塊按依次兩兩間的 機(jī)械角距差為m τ /k安放在次級模塊上，τ為極距，k為初級鐵芯模塊個數(shù)，m為不整除k 的正整數(shù)。作為優(yōu)化，k為電機(jī)電源相數(shù)的整數(shù)倍。作為優(yōu)化，所述鐵芯模塊縱向安放在同一次級模塊上，相鄰鐵芯模塊的位置差為 2ητ+πιτΛ，η為正整數(shù)。座位優(yōu)化，所述初級鐵芯模塊橫向?qū)R地安放在不同次級模塊上，相鄰次級模塊 的相同極性磁鋼錯位m τ/k。作為優(yōu)化，在I個次級模塊上均縱向安放有J個鐵芯模塊，不同次級模塊上的鐵芯 模塊橫向?qū)R，同一次級模塊上的相鄰鐵芯模塊的位置差為η τ +m τ /(I*J)，相鄰次級模塊 的相同極性磁鋼錯位m τ/I。
作為優(yōu)化，所述次級橫向繞成筒形。作為優(yōu)化，所述m與k互為質(zhì)數(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在本發(fā)明直線電機(jī)包括組合鐵芯初級和次級兩大部分。 每一初級鐵芯模塊和次級構(gòu)成了一個模塊電機(jī)，整體電機(jī)運(yùn)行時相當(dāng)于各模塊電機(jī)按均勻 的相差聯(lián)合運(yùn)行。由此構(gòu)成的電機(jī)2k個鐵芯邊端可消去邊端磁阻力的諧波成分產(chǎn)生主要 影響的低階頻率成分；作為優(yōu)化，當(dāng)k等于電機(jī)電源相數(shù)或?yàn)殡娫聪鄶?shù)的整數(shù)倍時，各相繞 組在邊端具有對稱輪序的特征，同時又消除電磁推力脈動。本發(fā)明直線電機(jī)除具有一般直 線電機(jī)具有的傳動結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)加減速響應(yīng)快、定位精確等優(yōu)點(diǎn)外，因消除了直線電機(jī)邊 端效應(yīng)產(chǎn)生的電機(jī)推力波動，使永磁同步直線電機(jī)具有了與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相當(dāng)?shù)谋倔w特性和控 制性能，為永磁同步直線電機(jī)提高應(yīng)用效果、擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域提供了性能優(yōu)越的電機(jī)本體。


圖1是永磁同步直線電機(jī)多模塊鐵芯移位組合圖；圖2是三模塊組合鐵芯初級永磁同步直線電機(jī)繞組特性圖；圖3是平板型次級磁鋼移位組合鐵芯初級永磁同步直線電機(jī)示意圖，其中圖3a是 平面示意圖，圖3b是三維立體示意圖；圖4是平板型多排多列鐵芯模塊組合初級永磁同步直線電機(jī)示意圖；圖5是圓筒形三模塊組合鐵芯初級永磁同步直線電機(jī)示意圖；圖6是圓筒型次級磁鋼移位的組合鐵芯初級永磁同步直線電機(jī)示意圖；圖7是平板型六槽三模塊組合鐵芯初級永磁同步直線電機(jī)的示意圖；圖8是平板型十二槽三模塊組合鐵芯初級永磁同步直線電機(jī)的示意圖；圖9是六槽三模塊組合鐵芯初級和單模塊初級推力曲線比較圖(I = 4. 5A)，其中， 圖9a是組合模塊曲線，圖9b是單模塊曲線。圖10是6槽組合模塊電機(jī)與單模塊電機(jī)電磁力脈動曲線對比圖，其中IOa是組合 模塊曲線，圖IOb是單模塊曲線。圖11是6槽組合模塊電機(jī)與單模塊電機(jī)邊端磁阻力曲線對比圖，其中，圖Ila是 組合模塊曲線，圖lib是單模塊曲線。圖12是12槽組合模塊電機(jī)與單模塊電機(jī)電機(jī)推力曲線對比圖(I = 4. 5A)，其中， 圖12a是組合模塊曲線，圖12b是單模塊曲線。圖13是12槽組合模塊電機(jī)與單模塊電機(jī)邊端磁阻力曲線對比圖，其中，圖13a是 組合模塊曲線，圖13b是單模塊曲線。圖14是12槽組合模塊電機(jī)與單模塊電機(jī)電磁力脈動曲線對比圖，其中，圖14a是 組合模塊曲線，圖14b是單模塊曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是采用多模塊鐵芯移位組合的平板型電機(jī)結(jié)構(gòu)圖，圖中電機(jī)初級由k個鐵芯 模塊沿次級縱向而移距η τ + τ /k后由非導(dǎo)磁材料剛性聯(lián)接組合而成，相鄰鐵芯模塊間的 機(jī)械角距相差τ/k，τ為極距。該組合鐵芯初級消除了 k階及其倍頻以外的邊端磁阻力全部頻率成分，具體原理說明如下。 由于k個模塊依次按機(jī)械角差移距組合，則第1，2，…，k個模塊相對第一個模塊
的機(jī)械角距差依次為
權(quán)利要求
一種基于組合鐵芯初級的永磁同步直線電機(jī)，包括次級和初級，其特征在于，次級包含一個次級模塊或一個以上的橫向平行放置的次級模塊，次級模塊縱向上布置有交替等距排列的N極和S極磁鋼；初級由一個以上的鐵芯模塊構(gòu)成，初級鐵芯模塊按依次兩兩間的機(jī)械角距差為mτ/k安放在次級模塊上，τ為極距，k為初級鐵芯模塊個數(shù)，m為不整除k的正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步直線電機(jī)，其特征在于，k為電機(jī)電源相數(shù)的整數(shù)倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步直線電機(jī)，其特征在于，所述鐵芯模塊縱向安放在 同一次級模塊上，相鄰鐵芯模塊的位置差為2η τ +m τ /k, η為正整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步直線電機(jī)，其特征在于，所述初級鐵芯模塊橫向?qū)?齊地安放在不同次級模塊上，相鄰次級模塊的相同極性磁鋼錯位m τ /k。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步直線電機(jī)，其特征在于，在I個次級模塊上均縱向安 放有J個鐵芯模塊，不同次級模塊上的鐵芯模塊橫向?qū)R，同一次級模塊上的相鄰鐵芯模 塊的位置差為η τ +m τ / (I*J)，相鄰次級模塊的相同極性磁鋼錯位m τ /I。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的永磁同步直線電機(jī)，其特征在于，所述次級 橫向繞成筒形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的永磁同步直線電機(jī)，其特征在于，所述m與 k互為質(zhì)數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于組合鐵芯初級的永磁同步直線電機(jī)，包括次級和初級，初級由一個以上的鐵芯模塊構(gòu)成，初級鐵芯模塊按依次兩兩間的機(jī)械角距差為mτ/k安放在次級模塊上。每一初級鐵芯模塊和次級構(gòu)成了一個模塊電機(jī)，整體電機(jī)運(yùn)行時相當(dāng)于各模塊電機(jī)按均勻的相差聯(lián)合運(yùn)行，多個鐵芯的邊端可消去邊端磁阻力的諧波成分產(chǎn)生主要影響的低階頻率成分；當(dāng)鐵芯模塊數(shù)為電源相數(shù)的整數(shù)倍時，各相繞組在邊端具有對稱輪序的特征，同時又消除電磁推力脈動。本發(fā)明除具有一般直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外，又具有與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相當(dāng)?shù)谋倔w特性和控制性能，為永磁同步直線電機(jī)提高應(yīng)用效果、擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域提供了性能優(yōu)越的電機(jī)本體。
文檔編號H02K41/03GK101958633SQ201010290770
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者楊家軍, 程遠(yuǎn)雄 申請人:華中科技大學(xué)