專利名稱：高推力密度圓筒形永磁直線電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高推力密度圓筒形永磁直線電機，屬于電機技術領域。
背景技術：
圓筒形直線電機由于具有繞組利用率高、無橫向端部繞組及無單邊磁拉力等優 點，在直線運動場合有很高的實用價值。現有的圓筒形直線電機，其結構如圖3所示，它的 電樞鐵心采用齒槽結構，餅式繞組嵌放在鐵心槽中，這種形式的缺陷一方面是電機的加工 及裝配難度較大；另一方面，當電機驅動負載時，電樞反應易引起齒部鐵心磁密飽和，造成 氣隙磁場畸變，導致電機的推力波動增大、平均推力下降及鐵耗增大，從而限制了電機的推 力密度和過載能力。
發明內容
本發明的目的是提供一種高推力密度圓筒形永磁直線電機，它解決了現有圓筒形 電機推力密度低且過載能力差的問題。 本發明包括初級和次級，初級由電樞鐵心和電樞繞組組成，電樞鐵心為圓筒形并 且材質為導磁材料，電樞鐵心上沿徑向開有第一通槽，第一通槽的中心線與電機的軸向平 行，電樞繞組裝配在電樞鐵心的內壁，電樞繞組由多個餅式繞組按照相序排列成圓筒形狀， 每個餅式繞組是一個獨立繞組，所述多個餅式繞組的接線端分別穿過第一通槽并相互連 接；電樞繞組的內圓表面與次級的外表面之間為氣隙；
次級由多個次級鐵心、多個永磁體和非導磁軸筒組成，多個次級鐵心和多個永磁體相 互間隔配合套接在非導磁軸筒的外圓表面上，非導磁軸筒的外圓表面的兩個端部套接的分 別為一個次級鐵心，永磁體的軸向切面為等腰梯形；永磁體為軸向充磁結構，相鄰永磁體的 充磁方向相反。
本發明的優點是
本發明通過在電樞鐵心上沿徑向開第一通槽，使電樞繞組的多個獨立繞組成型的餅式 繞組的接線端分別由第一通槽引出并連接，這減小了電機初級的加工難度和裝配間隙；多 個次級鐵心和多個永磁體配合方式的設置，增加了永磁體發出的磁通的有效面積，提高了 電機氣隙的磁密，與傳統內嵌的圓環形磁鋼結構相比提高了電機的推力；利用多個次級鐵 心和多個沿半徑和中心線的切面為等腰梯形的永磁體配合的方式減小了漏磁，也提高了氣 隙磁場強度，上述兩個方面共同提高了電機的推力密度。此外，電機的初級采用無槽結構， 電樞反應的影響大大減小，從而增加了電機的過載能力。
圖1為本發明的整體結構示意圖；圖2為圖1中電樞鐵心的俯視圖；圖3為現有圓 筒形直線電機的結構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一 下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式包括初級和 次級，初級由電樞鐵心1-1和電樞繞組1-2組成，電樞鐵心1-1為圓筒形并且材質為導磁材 料，電樞鐵心1-1上沿徑向開有第一通槽l-l-l，第一通槽1-1-1的中心線與電機的軸向平 行，電樞繞組1-2裝配在電樞鐵心1-1的內壁，電樞繞組1-2由多個餅式繞組按照相序排列 成圓筒形狀，每個餅式繞組是一個獨立繞組，所述多個餅式繞組的接線端分別穿過第一通 槽1-1-1并相互連接；電樞繞組1-2的內圓表面與次級的外表面之間為氣隙3 ;
次級由多個次級鐵心2-l、多個永磁體2-2和非導磁軸筒2-3組成，多個次級鐵心2-1 和多個永磁體2-2相互間隔配合套接在非導磁軸筒2-3的外圓表面上，非導磁軸筒2-3的 外圓表面的兩個端部套接的分別為一個次級鐵心2-l，永磁體2-2的軸向切面為等腰梯形； 永磁體2-2為軸向充磁結構，相鄰永磁體2-2的充磁方向相反。 本發明電機為動電樞結構，電樞鐵心1-1由導磁鐵心加工成圓筒狀。電樞鐵心1-1 上的第一通槽1-1-1的寬度為d，第一通槽1-1-1的寬度d可以根據電樞繞組1-2接線線頭 的多少來確定；組成電樞繞組1-2的多個餅式繞組經灌封后形成圓筒形形狀，餅式繞組的 接線端分別穿過第一通槽1-1-1并連接，減小了電機初級的裝配難度及繞組繞制時所形成 的間隙，這有利于減小了電機的物理氣隙，提高電機的氣隙磁場強度和推力密度。
具體實施方式
二 下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式與實施方式 一的不同之處在于所述電樞鐵心1-1上沿徑向開有第二通槽，第二通槽的中心線與電機的 軸向平行，第二通槽與第一通槽1-1-1的大小相等并且相對設置，第一通槽1-1-1的軸向長 度Ll小于電樞鐵心1-1的軸向長度為L2，所述多個餅式繞組的接線端分別穿過第一通槽 1-1-1和第二通槽并連接。其它組成及連接關系與實施方式一相同。 電樞鐵心1-1上可以根據需要開第一通槽l-l-l，也可以在電樞鐵心1-1的兩個半 圓環上分別開第一通槽1-1-1和第二通槽1-1-2，電樞繞組1-2的接線端可以從第一通槽 1-1-1和第二通槽1-1-2內引出，同時可以在槽內根據相序進行連接。 本實施方式采用開兩個通槽，第一通槽1-1-1和第二通槽1-1-2的方式，有利于減 小開一個第一通槽1-1-1造成的單邊磁拉力，并且電樞繞組1-2的接線端可以分別在第一 通槽1-1-1和第一通槽1-1-2內引出，使得電機繞組接線方式可以更加靈活，也減小了電樞 繞組1-2的裝配難度。
具體實施方式
三結合圖1說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一或二的 進一步說明，本實施方式中永磁體2-2的等腰梯形切面的長邊所在的表面為永磁體2-2的 內環表面。其它組成及連接關系與實施方式一或二相同。 等腰梯形的長邊所在的永磁體2-2的內環表面與非導磁軸筒2-3的外圓表面相配 合，等腰梯形的短邊所在的永磁體2-2的外環表面與電樞繞組1-2的內圓表面之間形成氣 隙3。多個次級鐵心2-1分別設置于相鄰的兩個永磁體2-2之間，次級鐵心2-1的形狀與永 磁體2-2相配合。 等腰梯形的長邊長度b2和短邊長度bl之間的關系為bl < b2 ;次級鐵心2-1采 用導磁材料。永磁體2-2的長邊在內能夠增大沿軸線方向的漏磁路磁阻，具有減小漏磁的 作用。次級鐵心2-1與永磁體2-2的結構有利于增大永磁體2-2發出的磁通面積，減小漏 磁，從而提高電機的推力密度。
本實施方式中采用的永磁體2-2的結構，形成的永磁磁路獲得的磁通輸出面積， 與圖3所示永磁體磁通面積或表貼磁鋼方式獲得的永磁體磁通面積相比要大，這樣每一極 下電機的總磁源的輸出能力增加；同時本實施方式中永磁體2-2的結構，能減小一定的漏 磁，使電機的氣隙磁密得到提高，從而提高了電機的輸出力。
工作原理
多個次級鐵心2-1和多個永磁體2-2形成沿軸向極性相互交替排列的多個磁極，電樞 鐵心1-1和電樞繞組1-2組成初級，當電樞繞組1-2中通以對稱的三相電流時，電樞繞組 1-2在所述多個磁極產生的磁場中會受到電磁力，產生直線運動，改變電樞繞組1-2中的電 流方向和大小可以調節初級的運動方向及輸出力大小。次級上的永磁體2-2沿軸向充磁， 該結構使得電機的一個磁極下的磁場由兩個永磁體提供，永磁體2-2的軸向切面為等腰梯 形，使得在越靠近中軸處永磁體2-2沿軸向厚度越厚，導磁的次級鐵心2-1的厚度越小，從 而增大了軸上漏磁路磁阻，減小漏磁；同時永磁體2-2沿充磁方向的等效厚度(bl+b2)/2可 以保持不變，甚至可以適當增大，從而有利于提高電機的抗去磁能力及過載能力。
權利要求
一種高推力密度圓筒形永磁直線電機，它包括初級和次級，其特征在于初級由電樞鐵心(1-1)和電樞繞組(1-2)組成，電樞鐵心(1-1)為圓筒形并且材質為導磁材料，電樞鐵心(1-1)上沿徑向開有第一通槽(1-1-1)，第一通槽(1-1-1)的中心線與電機的軸向平行，電樞繞組(1-2)裝配在電樞鐵心(1-1)的內壁，電樞繞組(1-2)由多個餅式繞組按照相序排列成圓筒形狀，每個餅式繞組是一個獨立繞組，所述多個餅式繞組的接線端分別穿過第一通槽(1-1-1)并相互連接；電樞繞組(1-2)的內圓表面與次級的外表面之間為氣隙(3)；次級由多個次級鐵心(2-1)、多個永磁體(2-2)和非導磁軸筒(2-3)組成，多個次級鐵心(2-1)和多個永磁體(2-2)相互間隔配合套接在非導磁軸筒(2-3)的外圓表面上，非導磁軸筒(2-3)的外圓表面的兩個端部套接的分別為一個次級鐵心(2-1)，永磁體(2-2)的軸向切面為等腰梯形；永磁體(2-2)為軸向充磁結構，相鄰永磁體(2-2)的充磁方向相反。
2. 根據權利要求1所述的高推力密度圓筒形永磁直線電機，其特征在于所述電樞鐵 心(1-1)上沿徑向開有第二通槽，第二通槽的中心線與電機的軸向平行，第二通槽與第一通 槽(1-1-1)的大小相等并且相對設置，第一通槽(1-1-1)的軸向長度L1小于電樞鐵心(1-1) 的軸向長度為L2，所述多個餅式繞組的接線端分別穿過第一通槽(1-1-1)和第二通槽并連 接。
3. 根據權利要求1或2所述的高推力密度圓筒形永磁直線電機，其特征在于永磁體 (2-2)的等腰梯形切面的長邊所在的表面為永磁體(2-2)的內環表面。
全文摘要
高推力密度圓筒形永磁直線電機，屬于電機技術領域，它解決了現有圓筒形電機推力密度低且過載能力差的問題。它的初級由電樞鐵心和電樞繞組組成，電樞鐵心上沿徑向開有第一通槽，第一通槽的中心線與電機的軸向平行，電樞繞組裝配在電樞鐵心的內壁，電樞繞組由多個餅式繞組按照相序排列成圓筒形狀，多個餅式繞組的接線端分別穿過第一通槽并連接；電樞繞組的內圓表面與次級的外表面之間為氣隙；次級的多個次級鐵心和多個永磁體相互間隔配合套接在非導磁軸筒的外圓表面上，非導磁軸筒的外圓表面的兩個端部套接的分別為一個次級鐵心，永磁體的軸向切面為等腰梯形；永磁體為軸向充磁結構，相鄰永磁體的充磁方向相反。本發明作為一種直線電機。
文檔編號H02K41/02GK101795048SQ20101011742
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月4日 優先權日2010年3月4日
發明者曹繼偉, 李立毅, 潘東華, 黃旭珍 申請人:哈爾濱工業大學