CN107482873B - 一种低磁阻力永磁直线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机领域，提供了一种低磁阻力永磁直线电机，包括相对设置的第一初级铁心以及第二初级铁心，第一初级铁心远离第二初级铁心的一侧间隔安设有若干第一永磁体，第二初级铁心远离第一初级铁心的一侧间隔安设有若干第二永磁体；各第一永磁体与各第二永磁体一一对应，且每一第一永磁体与对应的第二永磁体错位设置，错位的方向与各第一永磁体的排布方向一致。本发明的一种低磁阻力永磁直线电机，通过每一第一永磁体与对应的第二永磁体错位设置，能降低磁阻力，结构简单，仅在初级铁心处安设永磁体，不仅具有永磁直线电机功率密度高，效率高，功率因数高等优点，而且还具有直线感应电机和开关磁阻直线电机结构简单，成本低，易于维护等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，具体为一种低磁阻力永磁直线电机。
背景技术
过去在需要直线运动场合，通常由旋转电机驱动中间传动装置将电机的旋转运动转换成直线运动。但由于中间机械传动装置的结构比较复杂，在长时间的运转中容易摩擦、磨损，导致精度下降，给提高控制精度，及运动的可靠性带来问题。同时位置、速度、加速度受制于传动装置的机械结构特性(刚度、惯性)，也制约了高精度直线驱动性能的提高。传统的永磁直线同步电机兼有永磁电机和直线电机的双重优点。与直线感应电机相比，永磁直线同步电机的推力密度高、体积小、重量轻，且具有发电制动功能。
然而，由于传统的永磁电机的永磁体和电枢绕组分别安装在初级和次级，而永磁体和电枢的成本都较高，在如轨道交通、高层楼宇电梯、工厂运输等长距离中无疑导致系统的制造成本和维护成本大幅增加。在永磁直线电机多种结构中，单边型应用较多，优点是推力密度高，但缺点是法向力很大，数值上可能是额定推力的十几倍。为了能够承受这个法向力，需要增强负载平台的机械强度，从而导致移动平台的质量和体积大大增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低磁阻力永磁直线电机，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种低磁阻力永磁直线电机，包括相对设置的第一初级铁心以及第二初级铁心，所述第一初级铁心远离所述第二初级铁心的一侧间隔安设有若干第一永磁体，所述第二初级铁心远离所述第一初级铁心的一侧间隔安设有若干第二永磁体；各所述第一永磁体与各所述第二永磁体一一对应，且每一所述第一永磁体与对应的所述第二永磁体错位设置，所述错位的方向与各所述第一永磁体的排布方向一致。
进一步，还包括第一次级铁心和第二次级铁心，所述第一次级铁心靠近所述第一初级铁心具有第一永磁体的一侧，所述第二次级铁心靠近所述第二初级铁心具有第二永磁体的一侧；所述第一次级铁心靠近所述第一永磁体的一侧均匀间隔分布有若干第一凸极齿，所述第二次级铁心靠近所述第二永磁体的一侧均匀间隔分布有若干第二凸极齿。
进一步，每一所述第一凸极齿以及每一所述第二凸极齿均为矩形齿；任一所述第一凸极齿沿所述第一凸极齿排布方向的距离与相连两个所述第一凸极齿之间的距离之和为τ，每一所述第一永磁体与对应的所述第二永磁体错位的距离为τ/4。
进一步，所述第一初级铁心具有第一键槽，所述第二初级铁心具有与所述第一键槽配合的第二键槽；沿各所述第一永磁体的排布方向，所述第一键槽至所述第一初级铁心其中一端部的距离与所述第二键槽至所述第二初级铁心同一侧的端部的距离之差为τ/4。
进一步，两个相邻的所述第一永磁体之间设有向所述第二初级铁心方向凹陷的第一凹槽，两个相邻的所述第二永磁体之间设有向所述第一初级铁心方向凹陷的第二凹槽；各所述第一凹槽中均设有第一电枢绕组，各所述第二凹槽中均设有第二电枢绕组。
进一步，每一所述第一电枢绕组以及每一所述第二电枢绕组均包括依次排列的六个电枢线圈。
进一步，每一所述第一凹槽以及每一所述第二凹槽内均具有气隙。
进一步，每一所述第一电枢绕组与所述第一初级铁心以及每一所述第二电枢绕组与所述第二初级铁心均通过胶水粘合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种低磁阻力永磁直线电机，通过每一第一永磁体与对应的第二永磁体错位设置，能够降低磁阻力，且结构简单，仅在初级铁心处安设永磁体，不仅具有永磁直线电机功率密度高，效率高，功率因数高等优点，而且还具有直线感应电机和开关磁阻直线电机结构简单，成本低，易于维护等优点；每一第一凸极齿和每一第二凸极齿均设为矩形齿，错位的距离设为τ/4能够使第一初级铁心和第二初级铁心各自产生的磁阻力相互抵消，大大降低了电机的磁阻力；只在第一初级铁心和第二初级铁心处设电枢绕组，能够大大降低成本；依次排列的电枢线圈能够获得最大的空载反电势；通过胶水粘合便于电机散热，也便于电机安装和直线运动；通过第一键槽和第二键槽既方便两个初级铁心的定位，又方便它们的安装。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种低磁阻力永磁直线电机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种低磁阻力永磁直线电机的第一电枢绕组的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种低磁阻力永磁直线电机的第二电枢绕组的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种低磁阻力永磁直线电机磁阻力曲线图；
附图标记中：1-第一初级铁心；2-第二初级铁心；3-第一永磁体；4-第二永磁体；5-第一次级铁心；50-第一凸极齿；6-第二次级铁心；60-第二凸极齿；7-第一凹槽；70-第一电枢绕组；8-第二凹槽；80-第二电枢绕组；9-电枢线圈；90-气隙；91-第一键槽；92-第二键槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种低磁阻力永磁直线电机，包括相对设置的第一初级铁心1以及第二初级铁心2。其中，第一初级铁心1远离第二初级铁心2的一侧间隔安设有若干第一永磁体3，第二初级铁心2远离第一初级铁心1的一侧间隔安设有若干第二永磁体4，各第一永磁体3与各第二永磁体4一一对应，且每一第一永磁体3与对应的第二永磁体4错位设置，错位的方向与各第一永磁体3的排布方向一致。通过错位设置的方式，第一初级铁心1产生磁阻力和第二初级铁心2产生磁阻力后，二者的磁阻力会相互抵消，大大地降低电机的磁阻力。另外，仅在第一初级铁心1和第二初级铁心2上安设永磁体，能够减小永磁体的成本，使本电机的制造成本大大降低，适于推广使用。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图4，本电机还包括第一初级铁心1和第二初级铁心2，其中，第一次级铁心5靠近第一初级铁心1具有第一永磁体3的一侧，第二次级铁心6靠近第二初级铁心2具有第二永磁体4的一侧；第一次级铁心5靠近第一永磁体3的一侧均匀间隔分布有若干第一凸极齿50，第二次级铁心6靠近第二永磁体4的一侧均匀间隔分布有若干第二凸极齿60。优选的，每一第一凸极齿50以及每一第二凸极齿60均为矩形齿，设置矩形齿便于嵌线；一第一凸极齿50沿第一凸极齿50排布方向的距离与相连两个第一凸极齿50之间的距离之和为τ，每一第一永磁体3与对应的第二永磁体4错位的距离为τ/4。采用此错位距离，能够使第一初级铁心1和第二初级铁心2各自产生的磁阻力在空间上错位90°电角度，因此最终合成的定位力相互抵消，大大降低了电机的定位力。如图4所示，第一初级铁心1和第二初级铁心2独立作用时产生的磁阻力波形基本一致，只是在相位上相差90°的电角度，因此相互抵消后可使最终得到的磁阻力大幅降低。
进一步优化上述方案，请参阅图1，第一初级铁心1具有第一键槽91，第二初级铁心2具有与第一键槽91配合的第二键槽92，沿着各第一永磁体3的排布方向，第一键槽91至第一初级铁心1其中一端部的距离与第二键槽92至第二初级铁心2同一侧的端部的距离之差为τ/4。两个初级铁心除了它们自身安设的键槽不同以外，它们俩是相同的。设置键槽，可以预先确定好键槽的位置，在安装的时候就能够使第一初级铁心1与第二初级铁心2错开τ/4的距离，便于定位；另一方面，采用键连接的方式方便两个初级铁心的错位安装。在实际操作中，可设N组第一键槽91和第二键槽92，N大于1，例如，设两组第一键槽91和第二键槽92，如图1所示，第一组中，第一键槽91和第二键槽92处于纸上左侧，第一键槽91至第一初级铁心1左边的端部的距离为a，第二键槽92至第二初级铁心2左边的端部的距离为b1，b1减去a1等于τ/4，第二组中，第一键槽91和第二键槽92处于纸上右侧，第一键槽91至第一初级铁心1右边的端部的距离为a2，第二键槽92至第二初级铁心2右边的端部的距离为b2，a2减去b2等于τ/4，a1不需要等于a2，b1也不需要等于b2，只要能够稳定地将第一初级铁心1和第二初级铁心2安装起来即可。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，两个相邻的第一永磁体3之间设有向第二初级铁心2方向凹陷的第一凹槽7，两个相邻的第二永磁体4之间设有向第一初级铁心1方向凹陷的第二凹槽8；各第一凹槽7中均设有第一电枢绕组70，各第二凹槽8中均设有第二电枢绕组80。只在第一初级铁心1和第二初级铁心2处设电枢绕组，能够大大降低成本。
进一步优化上述方案，请参阅图1、图2以及图3，每一第一电枢绕组70以及每一第二电枢绕组80均包括依次排列的六个电枢线圈9。第一电枢绕组70的六个电枢线圈9分别为A1、B1、C1、X1、Y1以及Z1，第二电枢绕组80的六个电枢线圈9分别为A2、B2、C2、X2、Y2以及Z2，按顺序依次排列，能够获得最大的空载反电势。根据实际情况，当需要串连时，第一电枢绕组70中的Y1与B1连接，X1与A1连接，Z1与C1连接，同理，在第二电枢绕组80中也是如此，不再赘述；当需要并联时，只需要将两个电枢绕组中的A1与A2连接，B1与B2连接，C1与C2连接，X1与X2连接，Y1与Y2连接，Z1与Z2连接。
进一步优化上述方案，请参阅图1，每一第一凹槽7以及每一第二凹槽8内均具有气隙90。此处的气隙90较小，能够使磁阻力也较小。
进一步优化上述方案，每一第一电枢绕组70与第一初级铁心1以及每一第二电枢绕组80与第二初级铁心2均通过胶水粘合。采用封灌工艺，能够将初级铁心与线圈绕组灌封为一个整体，灌封胶采用的是高导热环氧树脂，便于电机散热，也便于电机安装和直线运动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种低磁阻力永磁直线电机，其特征在于：包括相对设置的第一初级铁心以及第二初级铁心，所述第一初级铁心远离所述第二初级铁心的一侧间隔安设有若干第一永磁体，所述第二初级铁心远离所述第一初级铁心的一侧间隔安设有若干第二永磁体；各所述第一永磁体与各所述第二永磁体一一对应，且每一所述第一永磁体与对应的所述第二永磁体错位设置，所述错位的方向与各所述第一永磁体的排布方向一致；所述低磁阻力永磁直线电机还包括第一次级铁心和第二次级铁心，所述第一次级铁心靠近所述第一初级铁心具有第一永磁体的一侧，所述第二次级铁心靠近所述第二初级铁心具有第二永磁体的一侧；所述第一次级铁心靠近所述第一永磁体的一侧均匀间隔分布有若干第一凸极齿，所述第二次级铁心靠近所述第二永磁体的一侧均匀间隔分布有若干第二凸极齿；每一所述第一凸极齿以及每一所述第二凸极齿均为矩形齿；任一所述第一凸极齿沿所述第一凸极齿排布方向的距离与相连两个所述第一凸极齿之间的距离之和为τ，每一所述第一永磁体与对应的所述第二永磁体错位的距离为τ/4。
2.如权利要求1所述的一种低磁阻力永磁直线电机，其特征在于：所述第一初级铁心具有第一键槽，所述第二初级铁心具有与所述第一键槽配合的第二键槽；沿各所述第一永磁体的排布方向，所述第一键槽至所述第一初级铁心其中一端部的距离与所述第二键槽至所述第二初级铁心同一侧的端部的距离之差为τ/4。
3.如权利要求1所述的一种低磁阻力永磁直线电机，其特征在于：两个相邻的所述第一永磁体之间设有向所述第二初级铁心方向凹陷的第一凹槽，两个相邻的所述第二永磁体之间设有向所述第一初级铁心方向凹陷的第二凹槽；各所述第一凹槽中均设有第一电枢绕组，各所述第二凹槽中均设有第二电枢绕组。
4.如权利要求3所述的一种低磁阻力永磁直线电机，其特征在于：每一所述第一电枢绕组以及每一所述第二电枢绕组均包括依次排列的六个电枢线圈。
5.如权利要求3所述的一种低磁阻力永磁直线电机，其特征在于：每一所述第一凹槽以及每一所述第二凹槽内均具有气隙。
6.如权利要求3所述的一种低磁阻力永磁直线电机，其特征在于：每一所述第一电枢绕组与所述第一初级铁心以及每一所述第二电枢绕组与所述第二初级铁心均通过胶水粘合。
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