連續極雙電樞無槽圓筒型永磁同步直線電機的製作方法

2023-05-10 14:30:21 1

本發明涉及圓筒型直線電機領域，特別涉及一種連續極雙電樞無槽圓筒型永磁同步直線電機。

背景技術：

以直線電機為主體的直驅系統在高精密加工裝備、電動汽車等領域的各種運動控制系統中，具有廣泛的應用前景。而在各種直線電機拓撲中，無槽圓筒型永磁同步直線電機除了具有平板型永磁同步直線電機高推力密度、高功率因數的優點，還兼具有圓環形繞組利用率高、無橫向端部效應、無齒槽效應、不存在單邊磁拉力等優點。

對圓筒型直線電機來說，要使得電機輸出更大的推力，通常需要增大氣隙外徑，此時電機內徑也相應增大，在內圓形成較大的中空，該中空部分如不合理利用，將造成體積上的浪費。另外，稀土永磁體價格較貴，使得電機的成本增加，為了提高永磁同步直線電機的經濟實用性，需要提高永磁體的利用率，以儘量少的永磁體獲得儘量大的推力。

技術實現要素：

本發明在於提供一種推力性能好、永磁體利用率高、次級質量輕的連續極雙電樞無槽圓筒型永磁同步直線電機。

本發明的具體技術方案如下：一種連續極雙電樞無槽圓筒型永磁同步直線電機，電機由上至下依次設置為外初級層、次級層、內初級層和非導磁軸，所述次級層包括若干組同軸設置徑向均勻充磁的永磁體、磁障和鐵極，每組的磁障位於永磁體與鐵極之間，使永磁體與鐵極呈相間分布；所述外初級層和內初級層均採用無槽結構；所述外初級層包含有圓筒型的外初級鐵芯背軛和外層繞組；所述內初級層包含有的圓筒型的內初級鐵芯背軛和內層繞組；所述的內層繞組與外層繞組中線圈連接順序相同。

優選方案如下：

當電機採用外初級層或內初級層的軸向長度長於次級層的軸向長度時，次級層沿軸向的兩端則均設置為鐵極；當電機採用外初級層或內初級層的軸向長度短於次級層的軸向長度時，次級層沿軸向的兩端均設置為永磁極或均設置為鐵極。

當電機採用外初級層或內初級層的軸向長度短於次級層的軸向長度時，且次級層的軸向有效長度小於兩倍的外初級層或內初級層軸向長度時，次級層的軸向方向上一端永磁體的充磁方向與另一端的充磁方向相反，以削弱端部效應。

當在永磁體的軸向方向上，兩端的充磁方向相同時，則永磁體的軸向寬度大於鐵極的軸向寬度，磁障的軸向寬度大於外層繞組或內層繞組的徑向厚度。

內初級鐵芯背軛與外初級鐵芯背軛沿軸向錯開一定相位，以削弱端部效應。

外層繞組或內層繞組採用單層單極性或單層雙極性結構中的一種。

根據實際應用的需求，可以將外初級層和內初級層用作定子，次級層用作動子，也可以將外初級層和內初級層用作動子，次級層用作定子。

本發明相比現有技術具有如下有益效果：本發明採用雙電樞無槽結構，初、次級之間形成了雙層氣隙，有效增大了氣隙面積和繞組長度，提高了電機的體積利用率和繞組利用率，同時不含有齒槽效應，有利於降低電機的推力波動。次級採用內嵌式連續極磁級結構，通過永磁體、鐵極和磁障的配合使用，大幅度減少了永磁體用量，提高了永磁體的利用率，同時降低了次級質量，從而在降低電機加工成本的同時提高電機的綜合性能。

附圖說明

圖1是本發明的實施例一結構示意圖。

圖2是本發明的實施例二結構示意圖。

圖3是本發明的實施例三結構示意圖。

圖4是本發明的實施例四結構示意圖。

圖5是本發明的實施例五結構示意圖。

圖中，1.1-外初級鐵芯背軛，1.2-內初級鐵芯背軛，2.1-永磁體，2.2-鐵極，2.3-磁障，3.1-外層繞組，3.2-內層繞組，4-非導磁軸。

具體實施方式

下面結合附圖並通過實施例對本發明作進一步詳細說明。

一種連續極雙電樞無槽圓筒型永磁同步直線電機，電機由上至下依次設置為外初級層、次級層、內初級層和非導磁軸4，所述次級層包括若干組同軸設置徑向均勻充磁的永磁體2.1、磁障2.3和鐵極2.2，每組的磁障2.3位於永磁體2.1與鐵極2.2之間，使永磁體2.1與鐵極2.2呈相間分布；所述外初級層和內初級層均採用無槽結構；所述外初級層包含有圓筒型的外初級鐵芯背軛1.1和外層繞組3.1；所述內初級層包含有的圓筒型的內初級鐵芯背軛1.2和內層繞組3.2；所述的內層繞組3.2與外層繞組3.1中線圈連接順序相同。

當電機採用外初級層或內初級層的軸向長度長於次級層的軸向長度時，次級層沿軸向的兩端則均設置為鐵極2.2；當電機採用外初級層或內初級層的軸向長度短於次級層的軸向長度時，次級層沿軸向的兩端均設置為永磁極2.1或均設置為鐵極2.2。

當電機採用外初級層或內初級層的軸向長度短於次級層的軸向長度時，且次級層的軸向有效長度小於兩倍的外初級層或內初級層軸向長度時，次級層的軸向方向上一端永磁體2.1的充磁方向與另一端的充磁方向相反，以削弱端部效應。

當在永磁體2.1的軸向方向上，兩端的充磁方向相同時，則永磁體2.1的軸向寬度大於鐵極2.2的軸向寬度，磁障2.3的軸向寬度大於外層繞組3.1或內層繞組3.2的徑向厚度。

內初級鐵芯背軛1.2與外初級鐵芯背軛1.1沿軸向錯開一定相位，以削弱端部效應。

外層繞組3.1或內層繞組3.2採用單層單極性或單層雙極性結構中的一種。

根據實際應用的需求，可以將外初級層和內初級層用作定子，次級層用作動子，也可以將外初級層和內初級層用作動子，次級層用作定子。

實施例1：

結合圖1說明本實施方式。

外初級層和內初級層可以採用矽鋼片軸向疊置而成，矽鋼片沿軸向開數個淺槽，以進一步減小鐵芯損耗。外層繞組3.1和內層繞組3.2的分布方式是集中繞組，外初級層和內初級層淺槽內放置一個軸向分布的餅狀繞組線圈。外層繞組3.1和內層繞組3.2採用單層雙極性方式，即圖1中的axbycz順序連接，內層繞組3.2與外層繞組3.1中線圈連接順序相同。

永磁體2.1沿徑向充磁，兩端充磁方向相同，同為n極或s極，為簡化充磁工藝，可以將永磁體2.1沿軸向分為「瓦片狀」後進行充磁。鐵極2.2由矽鋼片沿軸向疊置而成，矽鋼片沿軸向開數個淺槽。磁障2.3軸向寬度大於外層繞組3.1和內層繞組3.2的徑向厚度，可以是空氣，也可以是其他非導磁材料。

非導磁軸4為筒狀軸，採用非導磁材料製成，可以減小漏磁和內部磁阻力，簡化安裝工藝，增強電機的穩定性。

實施例2：

結合圖2說明本實施方式。

如圖2所示，實施例2與實施例1的區別在於，電機採用外初級層或內初級層的軸向長度長於次級層的軸向長度，次級層沿軸向的兩端則均設置為鐵極2.2。採用該結構可以進一步減小端部效應的影響，從而有利於提高電機的推力性能。

實施例3：

結合圖3說明本實施方式。

如圖3所示，實施例3與實施例1的區別在於，電機採用外初級層或內初級層的軸向長度短於次級層的軸向長度，次級層的軸向有效長度小於兩倍的外初級層或內初級層軸向長度時，次級層的軸向方向上一端永磁體2.1的充磁方向與另一端的充磁方向相反，以削弱端部效應。所述的有效長度指的是次級層在外初級層或內初級層的有效磁力作用的長度。

實施例4：

結合圖4說明本實施方式。

如圖4所示，實施例4與實施例1的區別在於，內初級鐵芯背軛1.2與外初級鐵芯背軛1.1沿軸向錯開一定相位，以削弱端部效應。

實施例5：

結合圖5說明本實施方式。

如圖5所示，實施例5與實施例1的區別在於，外層繞組3.1和內層繞組3.2採用單層單極性方式，即abcbc順序連接，同樣可以削弱端部效應。

本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之內。