模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機的製作方法

2023-06-08 12:02:36

專利名稱：模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及永磁無刷直流電機，尤其是模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電 機，屬於電機製造技術領域。
背景技術：
電機是傳動系統中的主要驅動部件，選用合適的電機可以提高整個傳動系 統的性能。在許多直線運動的場合，傳統的旋轉電機都需要通過一定的機械傳 動部件，比如絲杆等，將旋轉電機輸出的旋轉運動形式轉成直線運動形式，再 最終用於驅動直線運動。這樣帶來的問題包括，系統體積增大、重量增加，噪 聲高、機械慣量大造成控制精度低，而且維護成本高，使用壽命短。比較合理 的解決方法就是釆用合適的直線電機來代替旋轉電機，免去了機械傳動部件而 採用直線電機直接驅動。雖然，旋轉電機本身的效率會比直線電機高，但是綜 合考慮整個傳動系統的效率，直線電機直驅系統要高一些。
隨著電力電子技術、永磁材料和微機控制技術的發展，永磁無刷直流電機 得到迅速發展，永磁無刷直流電機具有高效、高功率密度、高可靠性的特點， 隨著高性能永磁材料的問世，大大提高了永磁無刷直流電機的功率密度和性能。 而相應形式的永磁無刷直流直線電機也被相應提出，但是因為永磁體和繞組被 分別置於定子和動子上，當行程較長時，無論是永磁體置於定子上或者繞組被 置於定子上，所需永磁體或者繞組數量巨大，成本很高。
近來， 一種新型的永磁開關磁鏈電機被越來越廣泛的研究。在該旋轉電機 中，永磁體和繞組都被置於定子側，而轉子僅由鐵心疊片構成。永磁開關磁鏈 電機同樣表現出高效、高功率密度、高可靠性等特點，而且易於散熱、具有良 好的過載能力。與之相應的直線電機形式也被提出，永磁開關磁鏈直線電機中， 永磁體和繞組置於動子側，定子僅由鐵心構成。因此在長行程情況下，所需的 永磁體和繞組都很少，成本很低。但是，傳統永磁開關磁鏈直線電機中，端部 漏磁嚴重，永磁體利用率低下，而且在一個槽中放置兩組繞組槽滿率較低。

發明內容
本發明的目的是提出一種模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機，提高永磁 體利用率並具備相當的容錯能力，適合應用於交通牽引、工業傳動等領域。
本發明公開的模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機，包括定子和動子，定 子為齒槽式鐵心構成的平板或圓筒，動子為若干個模塊和磁阻片間隔排列構成
的平板或圓筒，每個模塊包括兩個倒置的"u"形鐵心、夾置在兩個"u"形鐵 心中間的永磁體和三相電樞繞組，夾置永磁體的兩個"u"鐵心邊形成電樞齒，
夾置磁阻片的兩個"u"鐵心邊形成輔助齒，三相電樞繞組繞在電樞齒上，輔助 齒上不繞繞組，相鄰模塊的永磁體N極、S極交替排列。
上述的定子鐵心由矽鋼片疊制而成。所說的"U"形鐵心的開口是全幵口或 半開口；由矽鋼片疊制而成。
本發明中，所說的永磁體為平行充磁的釹鐵硼、釤鈷或鐵氧體。所說的三 相電樞繞組為集中繞組、分數槽繞組或分布繞組。所說的磁阻片為塑料、鋁或 陶瓷。
由於定子齒形成的凸極效應，隨著動子位置的改變，電樞繞組所鉸鏈的永 磁體勵磁磁鏈發生雙極性變化，由此感應產生反電勢，如果給電樞繞組施加適 當電流即可驅動動子直線運動。通過控制加到電樞繞組上的電壓大小和頻率， 則可調節電機的速度，適合不同場合的需要。 本發明的有益效果
1. 模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機具有永磁開關磁鏈旋轉電機和直線 電機的優點。
2. 永磁體和三相電樞繞組都置於長度較短的動子側，定子僅由鐵心疊片構 成，成本低廉，特別是長行程時具有極大的成本優勢。
3. 模塊化設計方便裝配，易於低成本大批量生產。
4. 三相電樞繞組間隔排布，繞組之間互感很小，實現了繞組之間的電磁隔絕， 具有較高容錯性能。
5. 輔助齒對三相電樞繞組起到物理隔絕的作用，進一步提高電機的容錯性能。
6. 可採用傳統永磁無刷直流電機的控制方法，控制靈活、多樣。


圖1是本發明模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機的結構示意圖。
具體實施例方式
參照圖l，模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機包括定子1和動子2，圖示 實例中，定子為齒槽式鐵心構成的平板，動子為若干個模塊3和磁阻片4間隔 排列構成的平板，每個模塊包括兩個倒置的"U"形鐵心3.1、夾置在兩個"U" 形鐵心中間的永磁體3.2和三相電樞繞組3.3，夾置永磁體3.2的兩個"U"鐵心 邊形成電樞齒，夾置磁阻片4的兩個"U"鐵心邊形成輔助齒，三相電樞繞組3.3繞在電樞齒上，輔助齒上不繞繞組，相鄰模塊的永磁體N極、S極交替排列。 圖例中，動子2由6個模塊3和5個磁阻片4構成，三相電樞繞組3.3為兩 對極集中繞組；在動子有效長度內，永磁體共6塊，定子齒數為14。
工作時，將三相電樞繞組與控制電路相連，控制電路接到直流電源。禾U用 位置傳感器檢測動子位置，由此確定三相電樞繞組的導通狀態，因為直流電源 通過控制電路給三相繞組加載頻率為/的三相電壓，則在三相繞組中流過頻率同 為/的三相電流，動子速度^=2^./(&為定子齒間距)。改變電壓大小和頻率， 可以調節動子速度。
權利要求
1.模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機，其特徵在於，包括定子(1)和動子(2)，定子為齒槽式鐵心構成的平板或圓筒，動子為若干個模塊(3)和磁阻片(4)間隔排列構成的平板或圓筒，每個模塊包括兩個倒置的「U」形鐵心(3.1)、夾置在兩個「U」形鐵心中間的永磁體(3.2)和三相電樞繞組(3.3)，夾置永磁體(3.2)的兩個「U」鐵心邊形成電樞齒，夾置磁阻片(4)的兩個「U」鐵心邊形成輔助齒，三相電樞繞組(3.3)繞在電樞齒上，輔助齒上不繞繞組，相鄰模塊的永磁體N極、S極交替排列。
2. 根據權利要求1所述的模塊化容錯型永磁幵關磁鏈直線電機，其特徵在於 所說的定子鐵心(1)由矽鋼片疊制而成。
3. 根據權利要求1所述的模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機，其特徵在於 "U"形鐵心(3.1)的開口為全開口或半開口。
4. 根據權利要求1所述的模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機，其特徵在於 "U"形鐵心(3.1)由矽鋼片疊制而成。
5. 根據權利要求1所述的模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機，其特徵在於 所說的永磁體(3.2)為平行充磁的釹鐵硼、釤鈷或鐵氧體。
6. 根據權利要求1所述的模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機，其特徵在於 所說的三相電樞繞組(3.3)為集中繞組、分數槽繞組或分布繞組。
7. 根據權利要求1所述的模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機，其特徵在於 所說的磁阻片(4)為塑料、鋁或陶瓷。
全文摘要
本發明公開的模塊化容錯型永磁開關磁鏈直線電機，包括定子和動子，定子為齒槽式鐵心構成的平板或圓筒，動子為若干個模塊和磁阻片間隔排列構成的平板或圓筒，每個模塊包括兩個倒置的「U」形鐵心、夾置在兩個「U」形鐵心中間的永磁體和三相電樞繞組，夾置永磁體的兩個「U」鐵心邊形成電樞齒，夾置磁阻片的兩個「U」鐵心邊形成輔助齒，三相電樞繞組繞在電樞齒上，輔助齒上不繞繞組，相鄰模塊的永磁體N極、S極交替排列。本發明的直線電機，所需線圈和永磁體都置於動子部分，定子部分僅由鐵心疊片構成，成本低廉，特別適合長距離直線運動驅動系統；此外，模塊化設計方便裝配，易於大規模生產。
文檔編號H02K41/03GK101355289SQ20081012097
公開日2009年1月28日 申請日期2008年9月9日 優先權日2008年9月9日
發明者沈建新, 王燦飛 申請人:浙江大學