一種內置式永磁同步直線電機次級結構的製作方法

2023-07-30 12:17:56

專利名稱：一種內置式永磁同步直線電機次級結構的製作方法
技術領域：
本實用新型公開了一種內置式永磁同步直線電機次級結構，具體涉及永磁同步直線電動機的設計與製造。
技術背景 在永磁同步直線電機的設計中，次級的結構是關鍵。現有的永磁同步直線電動機的次級結構形式幾乎都是將永磁體表貼在導磁的鐵心表面，此結構永磁體的安裝較為方便，但是由於永磁直線電機磁路的開斷，使鐵心內安放的三相繞組之間互感不相等，產生端部效應。此外，由於電機齒槽的存在，使得電樞表面氣隙磁導變得不均勻，對於永磁同步直線電機而言，其主要影響是將產生推力波動。端部效應和齒槽效應嚴重，定位力較大，產生較大的推力波動，嚴重影響整個系統運行的穩定性與定位精度。為了削弱邊端效應和齒槽效應的影響，往往採用磁鋼斜極或初級鐵芯斜槽的形式，不僅增加了永磁體的體積，而且削弱了有效的電磁力；永磁體斜極加工難度較大，材料用量大、精度難以保證。此外，與旋轉電機相比，永磁同步直線電機更容易產生熱量，電機的氣隙較小，初級繞組產生的熱量易傳導到永磁體上,使永磁體工作溫度較高。長期運行甚至會造成電機絕緣的破壞、永磁體退磁、 電機最大額定推力減小、過載能力小等問題。永磁體放置在次級上的方式影響到氣隙磁通、漏磁乃至電機的性能。所以，探索、 設計合理的次級結構形式是永磁同步直線電動機設計的核心問題之一，它對簡化電機製造工藝、降低生產成本、優化電機設計有著重要的意義。
發明內容本實用新型要解決的問題是現有技術中的永磁同步直線電機次級結構容易產生端部效應和齒槽效應，影響整個電機系統運行的穩定性、可靠性與定位精度，需要設計一種新型的永磁同步直線電機次級結構。本實用新型的技術方案為一種內置式永磁同步直線電機次級結構，所述次級結構包括次級鐵心、若干永磁體和永磁體槽，永磁體槽規則排列設置在次級鐵心內，一個永磁體設置在一個永磁體槽內，所述永磁體為矩形截面的永磁體，永磁體槽面向永磁同步直線電機初級的一面為凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷，所述凹槽的凹角Θ為 100° 150°。永磁體採用釹鐵硼永磁體材料，永磁體為整塊式結構或分段式結構。永磁體槽通過衝片衝壓而成。永磁體槽內存在空氣隙，所述空氣隙為永磁體設置在永磁體槽內留下的空隙部分，永磁體槽面向永磁同步直線電機初級的一面到永磁體極面間的距離為空氣隙的長度， 所述空氣隙的長度與永磁體矩形截面的高度之比為O O. 8。本實用新型提供一種新型內置式永磁同步直線電機次級結構，此結構採用矩形永磁體，永磁體槽表面存在三角形、梯形或弧形凹槽，此凹槽的形狀經過電磁理論知識計算和有限元仿真，不僅起到優化反電動勢和氣隙磁密波形，而且起到隔磁磁橋的作用。矩形永磁體形狀規則，加工成本低，優化採用的具有凹槽的永磁體槽可以直接通過衝片衝壓而成，精度容易控制。另外，本實用新型的次級結構極易做成模塊化，有利於實現大規模的生產。本實用新型將永磁體置於次級鐵心的永磁體槽內，從而安裝在次級鐵心內，構成內置式永磁同步直線電機次級結構形式，此結構採用矩形截面永磁體，對永磁體槽的形狀進行了凹槽的特殊設計，使電機反電動勢和氣隙磁密波形接近正弦，避免了由於斜極或斜槽而削弱有效的電磁力。此外，內置式永磁同步直線電動機次級將永磁體嵌入到次級鐵芯內部的永磁體槽內，製造工藝簡單，永磁體形狀規則，直軸電感Ld與交軸電感Lq不等，存在磁阻轉矩，磁阻轉矩有助於提高直線電機的過載能力和功率密度。內置式的結構易於實現弱磁擴速，擴大恆功率運行範圍，擴展電機的高速運行範圍，實現基速以下恆推力輸出，基速以上恆功率輸出。適用於高密度、寬調速的驅動場合。

圖I是本實用新型內置式永磁同步直線電動機的次級結構示意圖。圖2是圖I虛線框部分的局部放大圖，為本實用新型永磁體槽以及永磁體部分的結構示意圖。圖3是本實用新型電機與現有普通電機推力特性的對比示意圖。圖4是本實用新型電機與現有普通電機推力波動的對比示意圖。
具體實施方式
現結合具體實施例及附圖作具體說明如圖1，本實用新型內置式永磁同步直線電動機初級結構I包括初級鐵芯、繞組線圈2等，次級結構3採用內置式永磁體，其永磁體槽5與一般的永磁同步直線電機不同，永磁體槽5規則排列設置在次級鐵心3內，一個永磁體4設置在一個永磁體槽5內，如圖2所示，所述永磁體4為矩形截面的永磁體，永磁體槽5 面向永磁同步直線電機初級的一面為凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷，此凹槽的形狀經過電磁理論知識計算和有限元仿真所述凹槽的凹角Θ為100° 150° ;永磁體槽 5內存在空氣隙6,所述空氣隙6為永磁體4設置在永磁體槽5內留下的空隙部分,永磁體槽5面向永磁同步直線電機初級的一面到永磁體4極面間的距離為空氣隙6的長度，所述空氣隙6的長度與永磁體4矩形截面的高度之比為O O. 8。空氣隙6內可以填裝非磁性材料，永磁體槽5內安裝矩形截面永磁體4，永磁體4優選採用釹鐵硼永磁體材料，永磁體4 為整塊式結構或分段式結構；永磁體槽5可以直接通過衝片衝壓而成，永磁體槽5間的衝片起到隔磁磁橋的作用，可以減小漏磁，提高永磁同步直線電機的電磁推力，從而提高電機的功率密度。圖3為本實用新型電機初級沿相對移動方向的長度L後的推力分布示意圖。橫坐標為行程，縱坐標為推力的相對值。圖4為推力波動示意圖。由圖3和圖4可見，與現有技術相比，內置式永磁同步直線電動機次級具有較為平滑的推力和較大的電磁推力，同時避免了斜槽或斜極對有效推力的削弱。由圖4可以看出推力波動明顯被抑制，電機的推力顯著提高，可以提高20%以上。
權利要求1.一種內置式永磁同步直線電機次級結構，其特徵是所述次級結構包括次級鐵心(3)、若干永磁體(4)和永磁體槽(5),永磁體槽(5)規則排列設置在次級鐵心(3)內，一個永磁體(4)設置在一個永磁體槽(5)內，所述永磁體(4)為矩形截面的永磁體，永磁體槽 (5)面向永磁同步直線電機初級的一面為凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷，所述凹槽的凹角Θ為100° 150°。
2.根據權利要求I所述的內置式永磁同步直線電機次級結構，其特徵是永磁體(4)採用釹鐵硼永磁體材料，永磁體(4)為整塊式結構或分段式結構。
3.根據權利要求I或2所述的內置式永磁同步直線電機次級結構，其特徵是永磁體槽(5)通過衝片衝壓而成。
4.根據權利要求I或2所述的內置式永磁同步直線電機次級結構，其特徵是永磁體槽(5)內存在空氣隙(6),所述空氣隙(6)為永磁體(4)設置在永磁體槽(5)內留下的空隙部分，永磁體槽(5)面向永磁同步直線電機初級的一面到永磁體(4)極面間的距離為空氣隙(6)的長度，所述空氣隙(6)的長度與永磁體(4)矩形截面的高度之比為O O.8。
5.根據權利要求3所述的內置式永磁同步直線電機次級結構，其特徵是永磁體槽(5) 內存在空氣隙(6),所述空氣隙(6)為永磁體(4)設置在永磁體槽(5)內留下的空隙部分， 永磁體槽(5)面向永磁同步直線電機初級的一面到永磁體(4)極面間的距離為空氣隙(6) 的長度，所述空氣隙(6)的長度與永磁體(4)矩形截面的高度之比為O O. 8。
專利摘要一種內置式永磁同步直線電機次級結構，包括次級鐵心、若干永磁體和永磁體槽，永磁體槽規則排列設置在次級鐵心內，一個永磁體設置在一個永磁體槽內，所述永磁體為矩形截面的永磁體，永磁體槽面向永磁同步直線電機初級的一面為凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷。所述凹槽的形狀經過電磁理論知識計算和有限元仿真，削弱永磁同步直線電機邊端效應、減少初級和次級間的漏磁、優化反電動勢和氣隙磁密波形，永磁體槽間的衝片起到隔磁磁橋的作用。本實用新型有助於提高直線電機的過載能力和功率密度，採用的矩形永磁體形狀規則，加工成本低，優化採用的凹形永磁體槽可以直接通過衝片衝壓而成，精度容易控制，特別適用於小型永磁同步直線電機。
文檔編號H02K41/03GK202455246SQ20122005969
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月23日 優先權日2012年2月23日
發明者吳蔚, 張建, 李金 申請人:南京埃斯頓自動化股份有限公司, 南京埃斯頓自動控制技術有限公司