準正弦繞組直線電的製造方法

2023-06-28 13:55:11

準正弦繞組直線電的製造方法
【專利摘要】準正弦繞組直線電機，屬於直線電機【技術領域】。本發明是為了解決現有平板形三相直線永磁同步電機由於各相繞組線圈端部相互交叉，造成銅耗增加，製造成本高，並且電機的推力波動大的問題。它的初級繞組為m相繞組，m為電機的相數；初級鐵心的每一個極距範圍內，m個繞組線圈沿其相對運動方向依次緊密排列，每個繞組線圈呈矩形，環繞在初級鐵心的外表面，每個繞組線圈沿其環繞方向的橫截面為平行四邊形，在初級鐵心的氣隙側形成準正弦結構；初級鐵心的每一個極距範圍內的m個繞組線圈的排列方式相同，初級鐵心上所有繞組線圈連結形成m相繞組。本發明為一種直線電機。
【專利說明】準正弦繞組直線電機【技術領域】
[0001]本發明涉及準正弦繞組直線電機，屬於直線電機【技術領域】。
【背景技術】
[0002]傳統的平板形三相直線永磁同步電機的電樞鐵心齒距^與永磁體的極距％之間滿足關係3 τ t = τρ，每個槽中嵌放一個線圈邊，線圈節距與極距相等，這種繞組結構稱為整數槽單層繞組。該電機的繞組如圖9所示，其A相繞組的線圈邊在第一個槽和第四個槽內嵌放，同時跨過第二個槽和第三個槽，C相繞組的線圈邊是在第二個槽和第五個槽內嵌放，同時跨過第三個槽和第四個槽，以此類推。這種類型繞組存在的主要問題在於:各相繞組線圈露在鐵心齒外的端部比較長，並且各相繞組線圈端部相互交叉，這樣不但浪費線圈、增加銅耗，還使各相繞組間的絕緣工藝變得複雜，增加了製造成本。同時，由於繞組為單層整距繞組，繞組的磁動勢與電動勢諧波成分大，電機的推力波動大、效率低，而且由於繞組的端部長，動子的橫向支撐跨度大，增大了動子支撐難度。

【發明內容】

[0003]本發明目的是為了解決現有平板形三相直線永磁同步電機由於各相繞組線圈端部相互交叉，造成銅耗增加，製造成本高，並且電機的推力波動大的問題，提供了一種準正弦繞組直線電機。
[0004]本發明所述第一種結構的準正弦繞組直線電機，它包括初級和次級，次級為單邊、雙邊、三邊或四邊結構，初級和次級的相對表面之間形成氣隙；初級包括初級鐵心和初級繞組，初級鐵心沿相對運動方向的橫截面為矩形，初級鐵心的氣隙側表面為光滑平面；
[0005]初級繞組為m相繞組，m為電機的相數；初級鐵心的每一個極距範圍內，111個繞組線圈沿其相對運動方向依次緊密排列，每個繞組線圈呈矩形，環繞在初級鐵心的外表面，每個繞組線圈沿其環繞方向的橫截面為平行四邊形，在初級鐵心的氣隙側形成準正弦結構；初級鐵心的每一個極距範圍內的m個繞組線圈的排列方式相同，初級鐵心上所有繞組線圈連結形成m相繞組。
[0006]次級為雙邊、三邊或四邊結構，初級還包括兩個輔助初級鐵心，兩個輔助初級鐵心鏡像對稱設置於初級鐵心的兩側，與初級鐵心並行放置，次級的兩個對稱的次級邊分別位於初級鐵心與相應的輔助初級鐵心之間，初級鐵心與次級之間及輔助初級鐵心與次級之間分別形成氣隙，輔助初級鐵心沿相對運動方向的橫截面為矩形。
[0007]次級為雙邊、三邊或四邊結構，所述真線電機還包括兩個輔助初級，兩個輔助初級鏡像對稱設置於初級鐵心的兩側，與初級鐵心並行放置，次級的兩個對稱的次級邊分別位於初級鐵心和相應的輔助初級之間，初級鐵心與次級及次級與輔助初級之間分別形成氣隙；輔助初級包括輔助初級鐵心和輔助初級繞組，輔助初級鐵心和輔助初級繞組沿其相對運動方向的橫截面均為矩形，輔助初級鐵心上輔助初級繞組的設置方式與初級鐵心上初級繞組的設置方式相同，位於輔助初級鐵心氣隙側的輔助初級繞組與相應的初級鐵心氣隙側的初級繞組結構呈鏡像對稱。
[0008]第二種結構的準正弦繞組直線電機，它包括初級和次級，初級和次級均為圓筒形，初級和次級的相對表面之間形成氣隙；初級包括初級鐵心和初級繞組，初級鐵心的氣隙側表面為光滑表面；
[0009]初級繞組為m相繞組，m為電機的相數；初級鐵心氣隙側表面的每一個極距範圍內，m個繞組線圈沿其相對運動方向依次緊密排列，每個繞組線圈呈環形，環繞在初級鐵心的氣隙側表面，每個繞組線圈沿其環繞方向的橫截面為平行四邊形，在初級鐵心的氣隙側形成準正弦結構；初級鐵心的每一個極距範圍內的m個繞組線圈的排列方式相同，初級鐵心上所有繞組線圈連結形成m相繞組。
[0010]本發明的優點:本發明所述直線電機的初級鐵心採用無槽結構，通過採用環形繞組形成準正弦繞組，實現了繞組磁動勢與電動勢的正弦化，它降低了磁動勢與電動勢諧波，並且減小了繞組端部長度與損耗，提高了電機效率與過載能力，減小了推力波動，降低了電機振動與噪聲，同時電機的結構簡單、絕緣容易、製造成本低、可靠性高，適合用於高速、高加速度、大輸出推力等場合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發明【具體實施方式】一所述準正弦繞組直線電機，當次級為三邊結構，電機為三相電機時的結構示意圖，圖中繞組線圈的標示為三相繞組線圈的排布方式；
[0012]圖2是圖1的側視圖；
[0013]圖3是本發明【具體實施方式】二所述準正弦繞組直線電機，當次級為三邊結構，電機為三相電機時的結構示意圖，圖中繞組線圈的標示為三相繞組線圈的排布方式；
[0014]圖4是圖3的側視圖；
[0015]圖5是本發明【具體實施方式】一所述準正弦繞組直線電機，當次級為三邊結構，電機為六相電機時的結構示意圖，圖中繞組線圈的標示為六相繞組線圈的排布方式；
[0016]圖6是圖5的側視圖；
[0017]圖7是本發明【具體實施方式】五所述準正弦繞組直線電機為內初級外次級結構時的結構示意圖，所述電機為三相電機，圖中繞組線圈的標示為三相繞組線圈的排布方式；
[0018]圖8是圖7的側視圖；
[0019]圖9是現有平板形三相直線永磁同步電機的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]【具體實施方式】一:下面結合圖1、圖2、圖5和圖6說明本實施方式，本實施方式所述準正弦繞組直線電機，它包括初級I和次級2，次級2為單邊、雙邊、三邊或四邊結構，初級I和次級2的相對表面之間形成氣隙；初級I包括初級鐵心1-1和初級繞組1-2，初級鐵心1-1沿相對運動方向的橫截面為矩形，初級鐵心1-1的氣隙側表面為光滑平面；
[0021]初級繞組1-2為m相繞組，m為電機的相數；初級鐵心1_1的每一個極距範圍內，m個繞組線圈沿其相對運動方向依次緊密排列，每個繞組線圈呈矩形，環繞在初級鐵心1-1的外表面，每個繞組線圈沿其環繞方向的橫截面為平行四邊形，在初級鐵心1-1的氣隙側形成準正弦結構；初級鐵心1-1的每一個極距範圍內的m個繞組線圈的排列方式相同，初級鐵心1-1上所有繞組線圈連結形成m相繞組。
[0022]本實施方式中，當次級為雙邊結構，雙邊次級分列於初級I的兩側。
[0023]【具體實施方式】二:下面結合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，本實施方式所述次級2為雙邊、三邊或四邊結構，初級I還包括兩個輔助初級鐵心1-3，兩個輔助初級鐵心1-3鏡像對稱設置於初級鐵心1-1的兩側，與初級鐵心1-1並行放置，次級2的兩個對稱的次級邊分別位於初級鐵心1-1與相應的輔助初級鐵心1-3之間，初級鐵心1-1與次級2之間及輔助初級鐵心1-3與次級2之間分別形成氣隙，輔助初級鐵心1-3沿相對運動方向的橫截面為矩形。
[0024]本實施方式中，輔助初級鐵心1-3形成電機主磁路的一部分。輔助初級鐵心1-3的設置，可使次級2隻設置永磁體，而不必設置鐵心，由此減輕了次級2的質量，在次級2為動子的情況下，能夠增大次級2的加速度；同時，這種只設置永磁體的次級2結構，與初級的初級鐵心1-1與輔助初級鐵心1-3的結構相配合，有利於減少由於初級與次級相互吸引產生的法向力，避免了由於氣隙減小，而造成的次級的結構變形；它還能使初級與次級的受力趨向平衡，在理論上達到法向力趨近於O。
[0025]【具體實施方式】三:下面結合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，本實施方式所述次級2為雙邊、三邊或四邊結構，所述真線電機還包括兩個輔助初級，兩個輔助初級鏡像對稱設置於初級鐵心1-1的兩側，與初級鐵心1-1並行放置，次級2的兩個對稱的次級邊分別位於初級鐵心1-1和相應的輔助初級之間，初級鐵心1-1與次級2及次級2與輔助初級之間分別形成氣隙；輔助初級包括輔助初級鐵心和輔助初級繞組，輔助初級鐵心和輔助初級繞組沿其相對運動方向的橫截面均為矩形，輔助初級鐵心上輔助初級繞組的設置方式與初級鐵心1-1上初級繞組1-2的設置方式相同，位於輔助初級鐵心氣隙側的輔助初級繞組與相應的初級鐵心1-1氣隙側的初級繞組1-2結構呈鏡像對稱。
[0026]本實施方式中，輔助初級鐵心與初級鐵心1-1均為無槽結構。所述直線電機的結構圖與圖3和圖4所體現的結構相似。本實施方式中輔助初級的設置，除具有實施方式二中輔助初級鐵心1-3的功能外，輔助初級的輔助初級繞組的設置，還提高了直線電機的空間利用率，它能夠進一步提高電機的輸出能力。
[0027]【具體實施方式】四:下面結合圖2、圖4和圖6說明本實施方式，本實施方式對實施方式一、二或三作進一步說明，本實施方式所述三邊結構的次級2為門字形結構；四邊結構的次級2為口字形結構。
[0028]【具體實施方式】五:下面結合圖7和圖8說明本實施方式，本實施方式所述準正弦繞組直線電機，它包括初級I和次級2，初級I和次級2均為圓筒形，初級I和次級2的相對表面之間形成氣隙；初級I包括初級鐵心1-1和初級繞組1-2，初級鐵心1-1的氣隙側表面為光滑表面；
[0029]初級繞組1-2為m相繞組，m為電機的相數；初級鐵心1_1氣隙側表面的每一個極距範圍內，m個繞組線圈沿其相對運動方向依次緊密排列，每個繞組線圈呈環形，環繞在初級鐵心1-1的氣隙側表面，每個繞組線圈沿其環繞方向的橫截面為平行四邊形，在初級鐵心1-1的氣隙側形成準正弦結構；初級鐵心1-1的每一個極距範圍內的m個繞組線圈的排列方式相同，初級鐵心1-1上所有繞組線圈連結形成m相繞組。[0030]本實施方式中，電機可以為內初級外次級或者外初級內次級結構，初級繞組1-2相應的設置在初級鐵心1-1的氣隙側表面上。
[0031]【具體實施方式】六:本實施方式對實施方式一、二、三、四或五作進一步說明，本實施方式所述初級繞組1-2的相鄰繞組線圈之間及繞組線圈與初級鐵心1-1之間設置絕緣層。
[0032]【具體實施方式】七:本實施方式對實施方式一、二、三、四、五或六作進一步說明，本實施方式所述直線電機為液體冷卻結構，初級鐵心1-1內部中心位置處設置冷卻管路或其上下表面上設置冷卻管路。
[0033]【具體實施方式】八:本實施方式對實施方式一、二、三、四、五、六或七作進一步說明，本實施方式所述繞組線圈預先成型後，再固定在初級鐵心1-1的氣隙側表面上。
[0034]【具體實施方式】九:本實施方式對實施方式一、二、三、四、五、六、七或八作進一步說明，本實施方式所述每個橫截面為平行四邊形的繞組線圈由兩個橫截面為三角形的線圈串聯形成。
[0035]【具體實施方式】十:本實施方式對實施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九作進一步說明，本實施方式所述直線電機為直線感應電機、直線永磁同步電機或直線磁阻電機。
【權利要求】
1.一種準正弦繞組直線電機，它包括初級⑴和次級(2)，次級⑵為單邊、雙邊、三邊或四邊結構，初級(I)和次級(2)的相對表面之間形成氣隙；其特徵在於，初級(I)包括初級鐵心(1-1)和初級繞組(1-2)，初級鐵心(1-1)沿相對運動方向的橫截面為矩形，初級鐵心(1-1)的氣隙側表面為光滑平面； 初級繞組(1-2)為m相繞組，m為電機的相數；初級鐵心(1-1)的每一個極距範圍內，m個繞組線圈沿其相對運動方向依次緊密排列，每個繞組線圈呈矩形，環繞在初級鐵心(1-1)的外表面，每個繞組線圈沿其環繞方向的橫截面為平行四邊形，在初級鐵心(1-1)的氣隙側形成準正弦結構；初級鐵心(1-1)的每一個極距範圍內的m個繞組線圈的排列方式相同，初級鐵心(1-1)上所有繞組線圈連結形成m相繞組。
2.根據權利要求1所述的準正弦繞組直線電機，其特徵在於，次級(2)為雙邊、三邊或四邊結構，初級(I)還包括兩個輔助初級鐵心(1-3)，兩個輔助初級鐵心(1-3)鏡像對稱設置於初級鐵心(1-1)的兩側，與初級鐵心(1-1)並行放置，次級(2)的兩個對稱的次級邊分別位於初級鐵心(1-1)與相應的輔助初級鐵心(1-3)之間，初級鐵心(1-1)與次級(2)之間及輔助初級鐵心(1-3)與次級(2)之間分別形成氣隙，輔助初級鐵心(1-3)沿相對運動方向的橫截面為矩形。
3.根據權利要求1所述的準正弦繞組直線電機，其特徵在於，次級(2)為雙邊、三邊或四邊結構，所述真線電機還包括兩個輔助初級，兩個輔助初級鏡像對稱設置於初級鐵心(1-1)的兩側，與初級鐵心(1-1)並行放置，次級(2)的兩個對稱的次級邊分別位於初級鐵心(1-1)和相應的輔助初級之間，初級鐵心(1-1)與次級(2)及次級(2)與輔助初級之間分別形成氣隙；輔助初級包括輔助初級鐵心和輔助初級繞組，輔助初級鐵心和輔助初級繞組沿其相對運動方向的橫截面均為矩形，輔助初級鐵心上輔助初級繞組的設置方式與初級鐵心(1-1)上初級繞組(1-2)的設置方式相同，位於輔助初級鐵心氣隙側的輔助初級繞組與相應的初級鐵心(1-1)氣隙側的初級繞組(1-2)結構呈鏡像對稱。
4.根據權利要求1、2或3所述的準正弦繞組直線電機，其特徵在於，三邊結構的次級(2)為門字形結構；四邊結構的次級(2)為口字形結構。
5.一種準正弦繞組直線電機，它包括初級(I)和次級(2)，初級(I)和次級(2)均為圓筒形，初級(I)和次級(2)的相對表面之間形成氣隙；其特徵在於，初級(I)包括初級鐵心(1-1)和初級繞組(1-2)，初級鐵心(1-1)的氣隙側表面為光滑表面； 初級繞組(1-2)為m相繞組，m為電機的相數；初級鐵心(1-1)氣隙側表面的每一個極距範圍內，m個繞組線圈沿其相對運動方向依次緊密排列，每個繞組線圈呈環形，環繞在初級鐵心(1-1)的氣隙側表面，每個繞組線圈沿其環繞方向的橫截面為平行四邊形，在初級鐵心(1-1)的氣隙側形成準正弦結構；初級鐵心(1-1)的每一個極距範圍內的m個繞組線圈的排列方式相同，初級鐵心(1-1)上所有繞組線圈連結形成m相繞組。
6.根據權利要求1、2、3或5所述的準正弦繞組直線電機，其特徵在於，初級繞組(1-2)的相鄰繞組線圈之間及繞組線圈與初級鐵心(1-1)之間設置絕緣層。
7.根據權利要求1、2、3或5所述的準正弦繞組直線電機，其特徵在於，所述直線電機為液體冷卻結構，初級鐵心(1-1)內部中心位置處設置冷卻管路或其上下表面上設置冷卻管路。
8.根據權利要求1、2、3或5所述的準正弦繞組直線電機，其特徵在於，所述繞組線圈預先成型後，再固定在初級鐵心(1-1)的氣隙側表面上。
9.根據權利要求1、2、3或5所述的準正弦繞組直線電機，其特徵在於，每個橫截面為平行四邊形的繞組線圈由兩個橫截面為三角形的線圈串聯形成。
10.根據權利要求1、2、3或5所述的準正弦繞組直線電機，其特徵在於，所述直線電機為直線 感應電機、直線永磁同步電機或直線磁阻電機。
【文檔編號】H02K41/03GK103904857SQ201410172462
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】寇寶泉, 尹相睿, 謝逸軒, 陳宇聲 申請人:哈爾濱工業大學