專利名稱：一種內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開(kāi)了一種內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)，具體涉及永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造。
技術(shù)背景 在永磁同步直線電機(jī)的設(shè)計(jì)中，次級(jí)的結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵?，F(xiàn)有的永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)形式幾乎都是將永磁體表貼在導(dǎo)磁的鐵心表面，此結(jié)構(gòu)永磁體的安裝較為方便，但是由于永磁直線電機(jī)磁路的開(kāi)斷，使鐵心內(nèi)安放的三相繞組之間互感不相等，產(chǎn)生端部效應(yīng)。此外，由于電機(jī)齒槽的存在，使得電樞表面氣隙磁導(dǎo)變得不均勻，對(duì)于永磁同步直線電機(jī)而言，其主要影響是將產(chǎn)生推力波動(dòng)。端部效應(yīng)和齒槽效應(yīng)嚴(yán)重，定位力較大，產(chǎn)生較大的推力波動(dòng)，嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與定位精度。為了削弱邊端效應(yīng)和齒槽效應(yīng)的影響，往往采用磁鋼斜極或初級(jí)鐵芯斜槽的形式，不僅增加了永磁體的體積，而且削弱了有效的電磁力；永磁體斜極加工難度較大，材料用量大、精度難以保證。此外，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，永磁同步直線電機(jī)更容易產(chǎn)生熱量，電機(jī)的氣隙較小，初級(jí)繞組產(chǎn)生的熱量易傳導(dǎo)到永磁體上,使永磁體工作溫度較高。長(zhǎng)期運(yùn)行甚至?xí)斐呻姍C(jī)絕緣的破壞、永磁體退磁、 電機(jī)最大額定推力減小、過(guò)載能力小等問(wèn)題。永磁體放置在次級(jí)上的方式影響到氣隙磁通、漏磁乃至電機(jī)的性能。所以，探索、 設(shè)計(jì)合理的次級(jí)結(jié)構(gòu)形式是永磁同步直線電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題之一，它對(duì)簡(jiǎn)化電機(jī)制造工藝、降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)有著重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中的永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生端部效應(yīng)和齒槽效應(yīng)，影響整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性與定位精度，需要設(shè)計(jì)一種新型的永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)，所述次級(jí)結(jié)構(gòu)包括次級(jí)鐵心、若干永磁體和永磁體槽，永磁體槽規(guī)則排列設(shè)置在次級(jí)鐵心內(nèi)，一個(gè)永磁體設(shè)置在一個(gè)永磁體槽內(nèi)，所述永磁體為矩形截面的永磁體，永磁體槽面向永磁同步直線電機(jī)初級(jí)的一面為凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷，所述凹槽的凹角Θ為 100° 150°。永磁體采用釹鐵硼永磁體材料，永磁體為整塊式結(jié)構(gòu)或分段式結(jié)構(gòu)。永磁體槽通過(guò)沖片沖壓而成。永磁體槽內(nèi)存在空氣隙，所述空氣隙為永磁體設(shè)置在永磁體槽內(nèi)留下的空隙部分，永磁體槽面向永磁同步直線電機(jī)初級(jí)的一面到永磁體極面間的距離為空氣隙的長(zhǎng)度， 所述空氣隙的長(zhǎng)度與永磁體矩形截面的高度之比為O O. 8。本實(shí)用新型提供一種新型內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)采用矩形永磁體，永磁體槽表面存在三角形、梯形或弧形凹槽，此凹槽的形狀經(jīng)過(guò)電磁理論知識(shí)計(jì)算和有限元仿真，不僅起到優(yōu)化反電動(dòng)勢(shì)和氣隙磁密波形，而且起到隔磁磁橋的作用。矩形永磁體形狀規(guī)則，加工成本低，優(yōu)化采用的具有凹槽的永磁體槽可以直接通過(guò)沖片沖壓而成，精度容易控制。另外，本實(shí)用新型的次級(jí)結(jié)構(gòu)極易做成模塊化，有利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)。本實(shí)用新型將永磁體置于次級(jí)鐵心的永磁體槽內(nèi)，從而安裝在次級(jí)鐵心內(nèi)，構(gòu)成內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)形式，此結(jié)構(gòu)采用矩形截面永磁體，對(duì)永磁體槽的形狀進(jìn)行了凹槽的特殊設(shè)計(jì)，使電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)和氣隙磁密波形接近正弦，避免了由于斜極或斜槽而削弱有效的電磁力。此外，內(nèi)置式永磁同步直線電動(dòng)機(jī)次級(jí)將永磁體嵌入到次級(jí)鐵芯內(nèi)部的永磁體槽內(nèi)，制造工藝簡(jiǎn)單，永磁體形狀規(guī)則，直軸電感Ld與交軸電感Lq不等，存在磁阻轉(zhuǎn)矩，磁阻轉(zhuǎn)矩有助于提高直線電機(jī)的過(guò)載能力和功率密度。內(nèi)置式的結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速，擴(kuò)大恒功率運(yùn)行范圍，擴(kuò)展電機(jī)的高速運(yùn)行范圍，實(shí)現(xiàn)基速以下恒推力輸出，基速以上恒功率輸出。適用于高密度、寬調(diào)速的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。

圖I是本實(shí)用新型內(nèi)置式永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I虛線框部分的局部放大圖，為本實(shí)用新型永磁體槽以及永磁體部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型電機(jī)與現(xiàn)有普通電機(jī)推力特性的對(duì)比示意圖。圖4是本實(shí)用新型電機(jī)與現(xiàn)有普通電機(jī)推力波動(dòng)的對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例及附圖作具體說(shuō)明如圖1，本實(shí)用新型內(nèi)置式永磁同步直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)結(jié)構(gòu)I包括初級(jí)鐵芯、繞組線圈2等，次級(jí)結(jié)構(gòu)3采用內(nèi)置式永磁體，其永磁體槽5與一般的永磁同步直線電機(jī)不同，永磁體槽5規(guī)則排列設(shè)置在次級(jí)鐵心3內(nèi)，一個(gè)永磁體4設(shè)置在一個(gè)永磁體槽5內(nèi)，如圖2所示，所述永磁體4為矩形截面的永磁體，永磁體槽5 面向永磁同步直線電機(jī)初級(jí)的一面為凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷，此凹槽的形狀經(jīng)過(guò)電磁理論知識(shí)計(jì)算和有限元仿真所述凹槽的凹角Θ為100° 150° ;永磁體槽 5內(nèi)存在空氣隙6,所述空氣隙6為永磁體4設(shè)置在永磁體槽5內(nèi)留下的空隙部分,永磁體槽5面向永磁同步直線電機(jī)初級(jí)的一面到永磁體4極面間的距離為空氣隙6的長(zhǎng)度，所述空氣隙6的長(zhǎng)度與永磁體4矩形截面的高度之比為O O. 8?？諝庀?內(nèi)可以填裝非磁性材料，永磁體槽5內(nèi)安裝矩形截面永磁體4，永磁體4優(yōu)選采用釹鐵硼永磁體材料，永磁體4 為整塊式結(jié)構(gòu)或分段式結(jié)構(gòu)；永磁體槽5可以直接通過(guò)沖片沖壓而成，永磁體槽5間的沖片起到隔磁磁橋的作用，可以減小漏磁，提高永磁同步直線電機(jī)的電磁推力，從而提高電機(jī)的功率密度。圖3為本實(shí)用新型電機(jī)初級(jí)沿相對(duì)移動(dòng)方向的長(zhǎng)度L后的推力分布示意圖。橫坐標(biāo)為行程，縱坐標(biāo)為推力的相對(duì)值。圖4為推力波動(dòng)示意圖。由圖3和圖4可見(jiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，內(nèi)置式永磁同步直線電動(dòng)機(jī)次級(jí)具有較為平滑的推力和較大的電磁推力，同時(shí)避免了斜槽或斜極對(duì)有效推力的削弱。由圖4可以看出推力波動(dòng)明顯被抑制，電機(jī)的推力顯著提高，可以提高20%以上。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)，其特征是所述次級(jí)結(jié)構(gòu)包括次級(jí)鐵心(3)、若干永磁體(4)和永磁體槽(5),永磁體槽(5)規(guī)則排列設(shè)置在次級(jí)鐵心(3)內(nèi)，一個(gè)永磁體(4)設(shè)置在一個(gè)永磁體槽(5)內(nèi)，所述永磁體(4)為矩形截面的永磁體，永磁體槽 (5)面向永磁同步直線電機(jī)初級(jí)的一面為凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷，所述凹槽的凹角Θ為100° 150°。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)，其特征是永磁體(4)采用釹鐵硼永磁體材料，永磁體(4)為整塊式結(jié)構(gòu)或分段式結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)，其特征是永磁體槽(5)通過(guò)沖片沖壓而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)，其特征是永磁體槽(5)內(nèi)存在空氣隙(6),所述空氣隙(6)為永磁體(4)設(shè)置在永磁體槽(5)內(nèi)留下的空隙部分，永磁體槽(5)面向永磁同步直線電機(jī)初級(jí)的一面到永磁體(4)極面間的距離為空氣隙(6)的長(zhǎng)度，所述空氣隙(6)的長(zhǎng)度與永磁體(4)矩形截面的高度之比為O O.8。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)，其特征是永磁體槽(5) 內(nèi)存在空氣隙(6),所述空氣隙(6)為永磁體(4)設(shè)置在永磁體槽(5)內(nèi)留下的空隙部分， 永磁體槽(5)面向永磁同步直線電機(jī)初級(jí)的一面到永磁體(4)極面間的距離為空氣隙(6) 的長(zhǎng)度，所述空氣隙(6)的長(zhǎng)度與永磁體(4)矩形截面的高度之比為O O. 8。
專利摘要一種內(nèi)置式永磁同步直線電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)，包括次級(jí)鐵心、若干永磁體和永磁體槽，永磁體槽規(guī)則排列設(shè)置在次級(jí)鐵心內(nèi)，一個(gè)永磁體設(shè)置在一個(gè)永磁體槽內(nèi)，所述永磁體為矩形截面的永磁體，永磁體槽面向永磁同步直線電機(jī)初級(jí)的一面為凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷。所述凹槽的形狀經(jīng)過(guò)電磁理論知識(shí)計(jì)算和有限元仿真，削弱永磁同步直線電機(jī)邊端效應(yīng)、減少初級(jí)和次級(jí)間的漏磁、優(yōu)化反電動(dòng)勢(shì)和氣隙磁密波形，永磁體槽間的沖片起到隔磁磁橋的作用。本實(shí)用新型有助于提高直線電機(jī)的過(guò)載能力和功率密度，采用的矩形永磁體形狀規(guī)則，加工成本低，優(yōu)化采用的凹形永磁體槽可以直接通過(guò)沖片沖壓而成，精度容易控制，特別適用于小型永磁同步直線電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K41/03GK202455246SQ20122005969
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者吳蔚, 張建, 李金 申請(qǐng)人:南京埃斯頓自動(dòng)化股份有限公司, 南京埃斯頓自動(dòng)控制技術(shù)有限公司