本發(fā)明屬電機(jī)領(lǐng)域，特別涉及到一種低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)。

背景技術(shù)：

基于直線電機(jī)的直接傳動(dòng)技術(shù)，省去了中間復(fù)雜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，已在機(jī)床、電梯等直線運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合應(yīng)用，而且其應(yīng)用領(lǐng)域正逐漸擴(kuò)大到生產(chǎn)及生活的各領(lǐng)域。但是與旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)不同，大部分工業(yè)應(yīng)用中直線電機(jī)系統(tǒng)不能采用高速度設(shè)計(jì)提高功率密度并減小體積質(zhì)量，因此，要減小直線電機(jī)的體積質(zhì)量，只能寄希望于提高電機(jī)的推力密度。提高電機(jī)的推力密度，可以從提高電負(fù)荷、磁負(fù)荷和磁場(chǎng)變化頻率幾個(gè)方面考慮，已有的永磁同步直線電機(jī)，存在幾個(gè)特點(diǎn)：繞組繞制工藝復(fù)雜，繞組散熱困難，限制了電負(fù)荷的提高；不管將初級(jí)或次級(jí)用作動(dòng)子，動(dòng)子質(zhì)量均較大，使得電機(jī)一定輸出推力情況下，電機(jī)的加速度和動(dòng)態(tài)性能受到限制；永磁體用量大，使得永磁直線電機(jī)的成本增大。此外，直線電機(jī)常用于高精度直線運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合，直線電機(jī)端部效應(yīng)、齒槽效應(yīng)及反電勢(shì)諧波含量大，導(dǎo)致電機(jī)的推力波動(dòng)普遍比較大，從而影響電機(jī)的控制性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有永磁同步直線電機(jī)推力密度低、永磁體用量大及推力波動(dòng)大問題，提出低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)，它包括初級(jí)組件、次級(jí)組件和氣隙，可以采用平板型或者筒型結(jié)構(gòu)。初級(jí)組件包括電樞繞組1、初級(jí)鐵心2和永磁體3。初級(jí)鐵心2內(nèi)部開大槽7，相鄰大槽之間為大齒2-3，大槽7的個(gè)數(shù)為相數(shù)m的整數(shù)倍，槽內(nèi)設(shè)置電樞繞組1，初級(jí)鐵心2在面向氣隙4的初級(jí)鐵心內(nèi)軛2-3上開n個(gè)小槽8(n為整數(shù)，n≥1)，形成小槽8和初級(jí)鐵心小齒2-4相間隔結(jié)構(gòu)，小槽8內(nèi)安裝永磁體4。對(duì)于三相電機(jī)，相鄰相初級(jí)鐵心齒頂2-3寬度為(k±2/3)τ，k為奇數(shù)。次級(jí)組件為導(dǎo)磁的次級(jí)鐵心5及次級(jí)間隙6組成。相鄰次級(jí)鐵心5之間的距離為2τ，即按照周期為2τ形成陣列。初級(jí)組件和次級(jí)組件之間形成氣隙4。m個(gè)初級(jí)大槽7及其對(duì)應(yīng)的次級(jí)、氣隙結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)單元電機(jī)。初級(jí)鐵心2上，相鄰單元電機(jī)之間設(shè)置間距為(2n+1)τ(n＝0，1，2….)的調(diào)磁結(jié)構(gòu)9，起到調(diào)節(jié)不同單元電機(jī)磁場(chǎng)諧波的作用，相鄰單元電機(jī)中同相繞組1-1和1-2的相位需反向設(shè)置。

本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：

低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)上，小槽8和永磁體3的寬度為(τ+a)，小齒2-4的寬度為(τ-a)，a的取值范圍為：-τ/2≤a≤τ/2。

對(duì)于雙邊平板型結(jié)構(gòu)電機(jī)，位于每個(gè)初級(jí)上的永磁體3的充磁方向相同，但兩個(gè)初級(jí)上永磁體3-1與3-2的充磁方向彼此相反，垂直于氣隙，但指向相反的方向。

低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)上，小槽8的個(gè)數(shù)和永磁體3的塊數(shù)為奇數(shù)，小齒2-4的個(gè)數(shù)則為偶數(shù)。

低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)上，小槽8的個(gè)數(shù)和永磁體3的塊數(shù)為偶數(shù)，小齒2-4的個(gè)數(shù)則為奇數(shù)。

低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)的調(diào)磁結(jié)構(gòu)9可以采用導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)9-1，導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)9-1的寬度為(2n+1)τ(n＝0，1，2….)。

低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)的調(diào)磁結(jié)構(gòu)9可以采用空氣、非導(dǎo)磁合金等非導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)9-2，非導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)9-2的寬度為(2n+1)τ，調(diào)磁結(jié)構(gòu)兩邊的單元電機(jī)成為磁路上完全獨(dú)立的兩個(gè)電機(jī)。

低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)的實(shí)心調(diào)磁結(jié)構(gòu)9可以采用開槽9-3結(jié)構(gòu)，以減輕電機(jī)質(zhì)量。

本發(fā)明可以采用單邊平板型結(jié)構(gòu)方案，對(duì)于單邊平板型低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)，位于初級(jí)上的所有永磁體3的充磁方向均相同，為垂直于氣隙方向。

本發(fā)明可以采用圓筒型結(jié)構(gòu)，對(duì)于圓筒型低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)，位于初級(jí)上的永磁體3的充磁方向相同，為垂直于氣隙，指向半徑方向。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明的低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)，繞組和永磁體均位于初級(jí)上，獨(dú)立繞組結(jié)構(gòu)使繞組繞制工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)冷卻，有利于提高電磁負(fù)荷，從而提搞推力密度。

2、本發(fā)明的低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)上，通過兩個(gè)單元電機(jī)之間的調(diào)磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使電機(jī)特殊磁極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的偶數(shù)次電磁和磁勢(shì)諧波得以抵消，較之于無調(diào)磁結(jié)構(gòu)，可以使電機(jī)的推力波動(dòng)率由30％以上下降到4％以內(nèi)；

3、本發(fā)明的低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)，次級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，采用雙初級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，理想情況下次級(jí)上無單邊磁拉力，采用單邊結(jié)構(gòu)時(shí)，單邊磁拉力遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)永磁同步直線電機(jī)。次級(jí)質(zhì)量輕，用作動(dòng)子時(shí)，相同的輸出推力下，可以獲得更大的加速度和速度。

3、本發(fā)明的低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)，每個(gè)大槽下，通過永磁體及相鄰的鐵心形成n-s交替的磁場(chǎng)，較之于傳統(tǒng)兩塊充磁方向相反永磁體形成n-s磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，永磁體用量減半，且永磁體的塊數(shù)與電機(jī)的過載性能相關(guān)，可以靈活設(shè)置不同塊數(shù)的永磁體，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)電機(jī)輸出性能及成本要求；

4、本發(fā)明的低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)，易于實(shí)現(xiàn)各單元電機(jī)及各相繞組模塊化設(shè)計(jì)及應(yīng)用，各單元電機(jī)相對(duì)獨(dú)立，各相之間的磁耦合也很小，當(dāng)某個(gè)單元電機(jī)或某相繞組故障時(shí)，不影響其它單元電機(jī)及其它相，易于實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制，有利于提高電機(jī)的可靠性。

附圖說明

圖1為實(shí)施方式一雙邊平板型低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為單個(gè)初級(jí)鐵心結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為次級(jí)鐵心結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為最大磁鏈位置處磁力線示意圖。

圖5為最小磁鏈位置處磁力線示意圖。

圖6為實(shí)施方式二每個(gè)槽下采用奇數(shù)個(gè)永磁體單個(gè)齒槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為實(shí)施方式三每個(gè)槽下采用偶數(shù)個(gè)永磁體單個(gè)齒槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為實(shí)施方式四調(diào)磁結(jié)構(gòu)采用導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為實(shí)施方式五調(diào)磁結(jié)構(gòu)為非導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為實(shí)施方式六調(diào)磁結(jié)構(gòu)上開槽的電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為實(shí)施方式七單邊平板型低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-電樞繞組；2-初級(jí)鐵心；2-1-初級(jí)鐵心軛；2-2-初級(jí)鐵心大齒；2-3-初級(jí)鐵心內(nèi)軛；2-4-初級(jí)鐵心小齒；3-永磁體；4-氣隙，5-次級(jí)鐵心；6-次級(jí)間隙；7-大槽；8-小槽，9-調(diào)磁結(jié)構(gòu)，9-1-導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)，9-2-非導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)；9-2-開槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明

實(shí)施方式一：

如圖1、2、3所示，本實(shí)施例為雙邊平板型低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)。它包括兩個(gè)初級(jí)組件、一個(gè)次級(jí)組件和兩個(gè)氣隙。單個(gè)初級(jí)組件包括電樞繞組1、初級(jí)鐵心2和永磁體3。初級(jí)鐵心2內(nèi)部開大槽7，相鄰大槽之間為大齒2-3，大槽7的個(gè)數(shù)為相數(shù)m的整數(shù)倍，槽內(nèi)設(shè)置電樞繞組1，初級(jí)鐵心2在面向氣隙4的初級(jí)鐵心內(nèi)軛2-3上開n個(gè)小槽8(n為整數(shù)，n≥1)，形成小槽8和初級(jí)鐵心小齒2-4相間隔結(jié)構(gòu)，小槽8內(nèi)安裝永磁體4。對(duì)于三相電機(jī)，相鄰相初級(jí)鐵心齒頂2-3寬度為(k±2/3)τ，k為奇數(shù)。次級(jí)組件為導(dǎo)磁的次級(jí)鐵心5及次級(jí)間隙6組成。相鄰次級(jí)鐵心5之間的距離為2τ，即按照周期為2τ形成陣列。初級(jí)組件和次級(jí)組件之間形成氣隙4。m個(gè)初級(jí)大槽7及其對(duì)應(yīng)的次級(jí)、氣隙結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)單元電機(jī)。初級(jí)鐵心2上，相鄰單元電機(jī)之間設(shè)置間距為(2n+1)τ(n＝0，1，2….)的調(diào)磁結(jié)構(gòu)9，起到調(diào)節(jié)不同單元電機(jī)磁場(chǎng)諧波的作用，相鄰單元電機(jī)中同相繞組1-1和1-2的相位需反向設(shè)。該電機(jī)的每個(gè)初級(jí)上，永磁體3充磁方向?yàn)橥环较?，但不同初?jí)組件上永磁體3-1與3-2方向相反，為垂直于氣隙，但指向相反的方向。為改善磁場(chǎng)分布，永磁體3和小齒的寬度可以分別設(shè)計(jì)為τ+a，τ-a，a的取值為-0.5τ≤a≤0.5τ

本發(fā)明的低推力波動(dòng)獨(dú)立繞組永磁直線電機(jī)的工作過程和原理如下：

如圖4、5所示，初級(jí)永磁體發(fā)出的磁通，經(jīng)氣隙4、次級(jí)鐵心5、初級(jí)鐵心小齒2-4、初級(jí)鐵心大齒2-3，形成串聯(lián)磁通閉合回路，并與電樞繞組1匝鏈，隨著動(dòng)子運(yùn)動(dòng)，次級(jí)和初級(jí)相對(duì)位置變化，與電樞繞組匝鏈的磁通大小和方向發(fā)生變化，從而在電樞繞組1中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。在電樞繞組中通入相應(yīng)的電流，電機(jī)即產(chǎn)生水平方向的推力。

實(shí)施方式二：

如圖6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別是：每個(gè)槽下設(shè)置多塊永磁體，奇數(shù)個(gè)永磁體3和偶數(shù)個(gè)小齒2-4交替布置。

實(shí)施方式三：

如圖7所示，本實(shí)施例與實(shí)施例二的區(qū)別是：每個(gè)槽下設(shè)置多塊永磁體，偶數(shù)個(gè)永磁體3和奇數(shù)個(gè)小齒2-4交替布置。。

實(shí)施方式四：

如圖8所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一、六的區(qū)別是：調(diào)磁結(jié)構(gòu)9采用導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)9-1，可以與初級(jí)鐵心成為一體化結(jié)構(gòu)，導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)9-1的寬度為(2n+1)τ(n＝0，1，2….)。

實(shí)施方式五：

如圖9所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別是：調(diào)磁結(jié)構(gòu)9采用空氣、非導(dǎo)磁合金等非導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)9-2，非導(dǎo)磁調(diào)磁結(jié)構(gòu)9-2的寬度為(2n+1)τ，調(diào)磁結(jié)構(gòu)兩邊的單元電機(jī)成為磁路上完全獨(dú)立的兩個(gè)電機(jī)。

實(shí)施方式六：

如圖10所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一、六、七的區(qū)別是：采用實(shí)心的調(diào)磁結(jié)構(gòu)9上可以采用開槽9-3結(jié)構(gòu)，以減輕電機(jī)質(zhì)量。

實(shí)施方式七：

如圖11所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別是：電機(jī)采用單邊平板型結(jié)構(gòu)，位于初級(jí)上的所有永磁體3的充磁方向均相同，為垂直于氣隙方向。