一種橫向磁通磁場調製式直線電機的製作方法
2023-05-17 07:54:51
本發明涉及一種磁場調製式直線電機，尤其涉及一種橫向磁通磁場調製式直線電機。
背景技術：
直線直驅運動系統省去了複雜的機械轉換裝置，系統結構簡單、運行可靠，響應速度快和控制精度高，在航空、航天等軍事工業及民用工業領域有著廣泛的需求和應用。而作為直線直驅運動系統中的核心部件，直線電機一直以來都是直線直驅運動系統的首選電驅動方案，也是解決上述問題的有效手段。基於磁場調製式的直線電機以其結構緊湊、高功率密度和高效率等優點得到了迅速發展，但是其相與相之間磁場存在耦合，容錯性能降低，為此提出一種橫向磁通磁場調製式直線電機，一方面其電樞繞組與定子齒槽在空間上互相垂直，實現了電負荷與磁負荷的解耦，可以在一定範圍內通過提高磁能變化率來提高出力；另一方面各相之間相互解耦，便於獨立控制，且易於設計成多相結構，在多相運行時即使缺少一相也能正常工作，容錯性能好，提高了電機的可靠性。
技術實現要素：
為了克服現有技術的缺陷，本發明針對磁場調製式電機研究現狀結合橫向磁通電機提出一種橫向磁通磁場調製式直線電機，其包括：初級和次級；其中，兩個所述次級由矽鋼片疊制而成，呈「c」型形狀、鏡像設置，「c」型形狀的內側三面等距分布著次級槽和次級齒，所述初級與所述次級之間存在三面氣隙；所述初級包括兩個相同的初級鐵心以及連接兩個初級鐵心的連接梁，所述初級鐵心的上面、下面以及和連接梁反向的面均設有等距分布的、相同的凸極齒，且三個面上的所述凸極齒的排列方式相同；凸極齒靠近氣隙端開有等距的虛齒，所述虛齒的齒寬與兩個虛齒之間的槽寬相等，永磁體嵌在虛槽內，且同一虛槽內的永磁體充磁方式相同；凸極齒上繞有電樞繞組；三相初級上分別繞有三相電樞繞組；其中，相鄰的電樞繞組首尾相連，且上面的凸極齒的電樞繞組繞制方向與下面的凸極齒的電樞繞組繞制方向相反，和連接梁反向的面上的凸極齒的電樞繞組繞制方向與下面的凸極齒的電樞繞組繞制方向相同，三個面上的凸極齒的電樞繞組相互串聯形成一相繞組；同一個初級上的電樞繞組構成一相，三個初級上的電樞繞組構成三相電機，三相通互差120°的電流。
在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
優選地，次級齒靠近氣隙側的齒寬與靠近槽部的齒寬比設置在0.5～0.8之間，次級齒靠近氣隙側的齒寬與相鄰次級齒的齒距比設置在0.3～0.6之間。
進一步地，電機內的磁場磁力線從初級凸極上的永磁體n極出發經過凸極齒匯合，上下凸極鐵心內的磁力線聚合後經過中間凸極鐵心，進入中間凸極上的永磁體s極，穿過中間氣隙、次級、上、下氣隙回到起始凸極上的永磁體s極，形成兩個主磁通迴路a和b，其磁力線所在平面與電機運動方向相垂直，電機主磁場為橫向磁場。
可選地，所述永磁體充磁方式為縱向—法向—縱向充磁。
可選地，所述永磁體充磁方式為halbach充磁。
優選地，所述凸極齒的寬度大於等於所述凸極齒間的槽距。
優選地，所述凸極齒的高度小於所述初級鐵心的高度。
優選地，所述初級鐵心三面與「c」型形狀的次級三面有等距離氣隙。
優選地，所述連接梁為不導磁材料。
優選地，所述永磁體採用釹鐵硼材質的材料。
本發明的有益效果是：結構簡單，次級上不需要繞有電樞繞組，製作工藝簡單；初級上均勻獨立分布的凸極齒、虛齒與外次級相互結合作用，對稱性的結構，可以減小定位力，初級鐵心採用模塊化設計，三相電樞繞組之間實現了電磁解耦，容錯性能提升；模塊化的設計使得該電機便於採用多相結構。而且，次級三面都可以得到利用；電機空間利用率提高，三相獨立，每相皆可以單獨控制，因此運動方向的調節既簡單又高效；虛齒和虛槽內的永磁體的加入對於調節磁場迴路起到很大促進作用，使得有用的諧波得到很大程度的提高。同時兼具有高可靠性、高力密度、高效率的優點，且結構簡單易於加工。本發明可用於對系統的可靠運行有較高要求的領域，特別是對系統體積及連續運行有嚴格要求的航空航天、軍事裝備等應用場合。
附圖說明
圖1為本發明的橫向磁通磁場調製式直線電機的結構示意圖；
圖2為本發明的初級示意圖；
圖3為本發明的磁力線走向示意圖；
圖4a～4c為本發明的永磁體充磁方式示意圖一；
圖5a～5c為本發明的永磁體充磁方式示意圖二；
在附圖中，各標號所表示的部件名稱列表如下：
1——次級槽；2——次級齒；3——虛齒；4——永磁體；5——凸極齒；6——電樞繞組；7——初級鐵心；8——連接梁。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
請先參照圖1所示，其為本發明的橫向磁通磁場調製式直線電機的結構示意圖，所述橫向磁通磁場調製式直線電機包括：初級和次級；本發明是在橫向磁通的基礎上結合磁場調製所提出的一種橫向磁通磁場調製式直線電機，兩個所述次級由矽鋼片疊制而成，呈「c」型形狀、鏡像設置，「c」型形狀的內側三面無繁瑣的電樞繞組、亦沒有貼在上面的永磁體，只有簡單的次級槽1和次級齒2等距分布著，所述初級與所述次級之間存在三面氣隙；次級齒靠近氣隙側的齒寬與靠近槽部的齒寬比設置在0.5～0.8之間，次級齒靠近氣隙側的齒寬與相鄰次級齒的齒距比設置在0.3～0.6之間。
請再結合參照圖2所示，其為本發明的初級示意圖；所述初級包括兩個相同的初級鐵心7以及連接兩個初級鐵心7的連接梁8，所述初級鐵心7的上面、下面以及和連接梁反向的面均設有等距分布的、相同的凸極齒5，且三個面上的所述凸極齒5的排列方式相同，凸極齒5的高度小於初級鐵心7的高度，由此可保證橫向主磁通最大、漏磁通最小；凸極齒5的寬度大於等於凸極齒間的槽距，凸極齒5靠近氣隙端開有等距的虛齒3，相鄰虛齒之間的槽為虛槽，所述虛齒3的齒寬與虛槽寬比值控制在0.9～1之間，虛槽內設有永磁體4；永磁體4的寬度和虛槽寬相等，永磁體4的高度和虛齒3的高度相等；凸極齒上繞有電樞繞組6；三相初級上分別繞有三相電樞繞組；其中，相鄰的電樞繞組首尾相連，且上面的凸極齒的電樞繞組繞制方向與下面的凸極齒的電樞繞組繞制方向相反，和連接梁反向的面上的凸極齒的電樞繞組繞制方向與下面的凸極齒的電樞繞組繞制方向相同，三個面上的凸極齒的電樞繞組相互串聯形成一相繞組；對於三相電機來說每相通以不同的電流，即三相初級上的電樞繞組通不同的電流，同一個初級上的電樞繞組通同樣的電流。
優選地，初級鐵心三面與「c」型形狀的次級三面有等距離氣隙；所述連接梁為不導磁材料。
優選地，永磁體採用釹鐵硼材質的材料。
請參照圖3所示，其為本發明的磁力線走向示意圖；電機內的磁場磁力線從初級凸極齒上虛槽內的永磁體n極出發經過凸極齒匯合，上下凸極鐵心內的磁力線聚合後經過中間凸極鐵心，進入中間凸極上的虛槽內的永磁體s極，穿過中間氣隙、次級、上、下氣隙回到起始虛槽內的永磁體s極，形成兩個主磁通迴路a和b，其磁力線所在平面與電機運動方向相垂直，即電機主磁場為橫向磁場。
具體地，圖4a～4c為本發明的永磁體充磁方式示意圖一；圖5a～5c為本發明的永磁體充磁方式示意圖二；其中，圖4a為電機上部分永磁體halbach充磁方式示意圖；圖4b為電機中間部分逆時針向上旋轉永磁體halbach充磁方式示意圖；圖4c為電機下部分永磁體halbach充磁方式示意圖；圖5a為電機上部分永磁體縱向--法向--縱向充磁方式示意圖，圖5b為電機中間部分逆時針向上旋轉永磁體縱向--法向--縱向充磁方式示意圖，圖5c為電機下部分永磁體縱向--法向--縱向充磁方式示意圖。
在本發明的橫向磁通磁場調製式直線電機中，初級鐵心7凸極齒5上的電樞繞組6以及虛槽內的永磁體4產生的磁力線進入次級與初級之間的氣隙形成完整磁力線迴路，對於同一個初級上的兩個初級鐵心7的凸極齒5上繞有相同的電樞繞組6形成三相電機中的一相；電樞繞組6通電之後產生的磁場與永磁體4上產生的磁場通過虛齒的調製之後相互作用使電機在預期的方向運動，通過改變電樞繞組電流可以輕易改變電機運動方向，控制簡單。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。