專利名稱：模塊化縱向磁場永磁電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及電機領域。
背景技術：
傳統的平板型直線永磁同步電機的結構如圖9所示。電機為整數槽結構，即電機的每極每相槽數為整數。整數槽結構直線永磁同步電機存在的主要問題是一方面電機的 由齒槽效應引起的定位力較大；另一方面電機的性能體積比低，這主要是由于當電機的極 距τ ρ設計得大時，會使永磁體的導磁軛部增厚，從而會增加電機的體積和重量，而當電機 的極距τρ設計得小時，會使電樞鐵心齒距、很小，這會降低電樞齒的強度，即電機的齒距 Tt和極距τρ的設計不容易兼顧。各相繞組線圈露在鐵芯齒外的端部比較長，并且各相繞 組線圈相互交叉，這樣不但浪費線圈、增加銅耗，還使各相繞組間的絕緣工藝變得復雜，增 加的制造成本。另外電機的永磁體位于次級上，當電機的行程較長時，制造電機所需要的鐵 心、銅導線或永磁體會隨著行程成正比地增加，電機成本會相應地增加。相與相之間存在磁 耦合，會因互感的存在影響電流的控制精度。傳統的多相永磁同步電機的結構如圖10所示。該電機的電樞繞組為分布繞組，組 成繞組所需要線圈的數量多，繞組的各相繞組端部相互交叉，繞組端部長，銅耗大；繞組絕 緣復雜，制造成本高。由于相與相之間都存在磁耦合，這一方面會因互感的存在影響電流的 控制精度；另一方面也會因每一相繞組通電產生的磁通所經過的磁路較長而使定子鐵耗較 大，從而限制了電機效率的進一步提高。在先申請的中國專利申請號為200910217415. 3的《相間電磁解耦圓筒形永磁同 步直線電機》的發明專利、申請號為200910217413. 4的《相間電磁解耦平板形永磁同步 直線電機》的發明專利、申請號為200910217414. 9的《橫向磁通永磁平面電機》的發明專 禾U、申請號為200910217412. X的《相間無耦合結構永磁同步電機》的發明專利和申請號為 201010184685. 1的《橫向磁通變磁阻永磁電機》的發明專利中雖然解決橫向磁通的問題，但 還存在著鐵心單元結構復雜的問題。在簡化其結構過程中，需達到原結構消除相間磁耦合 的效果，還能夠提高電機繞組的槽滿率，減小了繞組銅耗的是當前電機結構的一個難題。
發明內容
本發明為了解決鐵心單元結構復雜的問題，并減小了繞組銅耗的缺點，以及達到 原結構消除相間磁耦合的效果，而提出了模塊化縱向磁場永磁電機。模塊化縱向磁場永磁電機為平板型直線電機時，它由初級和次級組成，初級和次 級之間具有氣隙；其特征在于初級由相單元固定殼體和若干個相單元組成；相單元固定殼 體為平板型，相單元固定殼體的下表面沿運動方向等間隔開有方形固定孔，方形固定孔的 數量與相單元的數量相同，每個方形固定孔內均固定安裝有一個相單元；每個相單元由鐵 心單元和相單元繞組組成；所述的鐵心單元由兩個齒和一個磁軛段組成；所述的磁軛段位于兩齒之間，并磁軛段和兩齒沿運動方向連接成門字形，即所述的兩個齒分別為第一齒和第二齒，第一齒、磁軛段和第二齒沿運動方向依次連接，第一齒的側面上端與磁軛段的一端 端面連接，磁軛段的另一端端面與第二齒的側面上端連接；相單元繞組纏繞在鐵心單元上； 次級包括若干個平板形永磁體和平板形導磁軛；所述的若干個平板形永磁體沿運動方向均 勻分布固定在平板形導磁軛上，平板形永磁體的充磁方向為沿運動方向平行充磁，并且每 相鄰兩個平板形永磁體充磁方向相反，或平板形永磁體為Halbach永磁體結構；鐵心單元 的兩個齒的齒距τ 1與平板形永磁體的極距％滿足關系τ) τ ρ，位于不同相單元中且相 鄰的兩個齒的齒距τ 1與平板形永磁體的極距τ ρ之間滿足關系τ ，并且τ t、τ ρ τ ρ 滿足關系Hik1 ( Tt+Tl)=(mk2±l) τρ，其中Hukpk2均為自然數，m為電機的相數，m彡3。模塊化縱向磁場永磁電機為旋轉電機時，它由定子和轉子組成，定子和轉子之間 具有氣隙；其特征在于定子由相單元固定殼體和若干個相單元組成；相單元固定殼體為圓 筒型，相單元固定殼體的內表面沿圓周方向等間隔開有扇形固定孔，扇形固定孔的數量與 相單元的數量相同，每個扇形固定孔內均固定安裝有一個相單元；每個相單元由鐵心單元 和相單元繞組組成；所述的鐵心單元由兩個齒和一個磁軛段組成；所述的磁軛段位于兩齒 之間，并磁軛段與兩齒沿轉子運動方向連接成門字形，即所述的兩個齒分別為第一齒和第 二齒，第一齒、磁軛段和第二齒沿轉子運動方向依次連接，第一齒的側面上端與磁軛段的一 端端面連接，磁軛段的另一端端面與第二齒的側面上端連接；相單元繞組纏繞在鐵心單元 上；次級包括若干個瓦片形永磁體和圓柱形或圓筒形導磁軛；所述的若干個瓦片形永磁體 沿圓周方向均勻分布固定在圓柱形或圓筒形導磁軛上，瓦片形永磁體的充磁方向為徑向充 磁或垂直于軸向方向平行充磁，并且圓周方向每相鄰兩個瓦片形永磁體充磁方向相反，或 瓦片形永磁體為Halbach永磁體結構；鐵心單元的兩個齒的齒距τ t與瓦片形永磁體的極 距％滿足關系τ) τ p，位于不同相單元中且相鄰的兩個齒的齒距T1與瓦片形永磁體的 極距τρ之間滿足關系τι<τρ，并且τ” τ” τ ρ滿足關系Hik1 ( τ t+τ J = (mk2 士 1) τ ρ，其 中m、‘ k2均為自然數，m為電機的相數，m > 3。本發明采用特殊的相單元，構成模塊化縱向磁場永磁電機，提高了電機繞組的槽 滿率，減小了繞組銅耗；消除了相間磁耦合，提高了電流控制精度及系統可靠性；相單元中 的鐵心單元的結構簡單、體積小，且易實現模塊化，在實際操作過程中能夠根據實際參數要 求改變鐵心單元的個數，而且形成門字形的結構更為簡化，制造工藝更為簡單，能夠降低電 機的制造成本。
圖1是本發明的電機為線圈31纏繞在鐵心單元2的磁軛段21時平板型直線電機 的主視剖面圖；圖2是圖1的側視剖面圖；圖3是本發明的電機為兩個線圈31分別纏繞在 鐵心單元2的兩個齒時平板型直線電機的主視剖面圖；圖4是圖2的側視剖面圖；圖5和 圖6是鐵心單元2的結構示意圖，其中圖5是平板型直線電機鐵心單元2的結構示意圖，圖 6是旋轉電機鐵心單元2的結構示意圖；圖7是本發明的電機為線圈31纏繞在鐵心單元2 的磁軛段21時旋轉電機的主視剖面圖；圖8是本發明的電機為兩個線圈31分別纏繞在鐵 心單元2的兩個齒時旋轉電機的主視剖面圖，圖9是傳統的平板型直線永磁同步電機的結 構示意圖，圖10是傳統的多相永磁同步電機的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1至圖5說明本實施方式，本實施方式的電機為平板型 直線電機由初級和次級組成，初級和次級之間具有氣隙；初級由相單元固定殼體4和若干 個相單元1組成；相單元固定殼體4為平板型，相單元固定殼體4的下表面沿運動方向等 間隔開有方形固定孔41，方形固定孔41的數量與相單元1的數量相同，每個方形固定孔41 內均固定安裝有一個相單元1 ；每個相單元1由鐵心單元2和相單元繞組3組成；所述的鐵 心單元2由兩個齒和一個磁軛段21組成；所述的磁軛段21位于兩齒之間，并磁軛段21和 兩齒沿運動方向連接成門字形，即所述的兩個齒分別為第一齒22和第二齒23，第一齒22、 磁軛段21和第二齒23沿運動方向依次連接，第一齒22的側面上端與磁軛段21的一端端 面連接，磁軛段21的另一端端面與第二齒23的側面上端連接；相單元繞組3纏繞在鐵心 單元2上；次級包括若干個平板形永磁體51和平板形導磁軛61 ；所述的若干個平板形永 磁體51沿運動方向均勻分布固定在平板形導磁軛61上，平板形永磁體51的充磁方向為沿 運動方向平行充磁，并且每相鄰兩個平板形永磁體51充磁方向相反，或平板形永磁體51為 Halbach永磁體結構；鐵心單元2的兩個齒的齒距τ t與平板形永磁體51的極距τ ρ滿足 關系τ) τ ρ，位于不同相單元中且相鄰的兩個齒的齒距τ 1與平板形永磁體51的極距τρ 之間滿足關系τ ^Tp，并且、、τ” τ 5滿足關系Hik1 ( τ t+τ J = (mk2 士 1) τ ρ，其中m、k” k2均為自然數，m為電機的相數，m > 3。
具體實施方式
二 結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同點在于相單元繞組3由一個線圈31組成，所述的線圈31纏繞在鐵心單元2的磁軛 段21上。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同點在于相單元繞組3由兩個線圈31組成，所述的兩個線圈31分別纏繞在鐵心單元 2的兩個齒上，所述的兩個線圈31繞向相反，并且兩個線圈31串聯。其它組成和連接方式 與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同點在于相單元固 定殼體4為非磁性材料。其它組成和連接方式與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同點在于平板形永 磁體51粘貼在平板形導磁軛61上或平板形永磁體51嵌在平板形導磁軛61內。其它組成 和連接方式與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
六結合圖6至圖8說明本實施方式，本實施方式的電機為旋轉電機由定子和轉子組成，定子和轉子之間具有氣隙；定子由相單元固定殼體4和若干個相單 元1組成；相單元固定殼體4為圓筒型，相單元固定殼體4的內表面沿圓周方向等間隔開有 扇形固定孔42，扇形固定孔42的數量與相單元1的數量相同，每個扇形固定孔42內均固定 安裝有一個相單元1 ；每個相單元1由鐵心單元2和相單元繞組3組成；所述的鐵心單元2 由兩個齒和一個磁軛段21組成；所述的磁軛段21位于兩齒之間，并磁軛段21與兩齒沿轉 子運動方向連接成門字形，即所述的兩個齒分別為第一齒22和第二齒23，第一齒22、磁軛 段21和第二齒23沿轉子運動方向依次連接，第一齒22的側面上端與磁軛段21的一端端 面連接，磁軛段21的另一端端面與第二齒23的側面上端連接；相單元繞組3纏繞在鐵心單 元2上；次級包括若干個瓦片形永磁體52和圓柱形或圓筒形導磁軛62 ；所述的若干個瓦片形永磁體52沿圓周方向均勻分布固定在圓柱形或圓筒形導磁軛62上，瓦片形永磁體52的充磁方向為徑向充磁或垂直于軸向方向平行充磁，并且圓周方向每相鄰兩個瓦片形永磁體 52充磁方向相反，或瓦片形永磁體52為Halbach永磁體結構；鐵心單元2的兩個齒的齒距 τ 1與瓦片形永磁體52的極距％滿足關系τ) τ ρ，位于不同相單元中且相鄰的兩個齒的 齒距τ工與瓦片形永磁體52的極距τ ρ之間滿足關系τ1<τ ρ，并且tt、t1、tp滿足關系 mk1 ( τt+τ1=(mk2+l) τρ，其中HKk1J2均為自然數，m為電機的相數，m≥3。
具體實施方式
七結合圖7說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
六不同 點在于相單元繞組3由一個線圈31組成，所述的線圈31纏繞在鐵心單元2的磁軛段21上。 其它組成和連接方式與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
八結合圖8說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
六不同 點在于相單元繞組3由兩個線圈31組成，所述的兩個線圈31分別纏繞在鐵心單元2的兩 個齒上，所述的兩個線圈31繞向相反，并且兩個線圈31串聯。其它組成和連接方式與具體 實施方式六相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
六、七或八不同點在于相單元固 定殼體4為非磁性材料。其它組成和連接方式與具體實施方式
六、七或八相同。
具體實施方式
十結合圖說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
六、七或 八不同點在于瓦片形永磁體52粘貼在圓柱形或圓筒形導磁軛62上或瓦片形永磁體52嵌 在圓柱形或圓筒形導磁軛62內。其它組成和連接方式與具體實施方式
六、七或八相同。本發明內容不僅限于上述各實施方式的內容，其中一個或幾個具體實施方式
的組 合同樣也可以實現發明的目的。
權利要求
模塊化縱向磁場永磁電機，它由初級和次級組成，初級和次級之間具有氣隙；其特征在于初級由相單元固定殼體(4)和若干個相單元(1)組成；相單元固定殼體(4)為平板型，相單元固定殼體(4)的下表面沿運動方向等間隔開有方形固定孔(41)，方形固定孔(41)的數量與相單元(1)的數量相同，每個方形固定孔(41)內均固定安裝有一個相單元(1)；每個相單元(1)由鐵心單元(2)和相單元繞組(3)組成；所述的鐵心單元(2)由兩個齒和一個磁軛段(21)組成；所述的磁軛段(21)位于兩齒之間，并磁軛段(21)和兩齒沿運動方向連接成門字形，即所述的兩個齒分別為第一齒(22)和第二齒(23)，第一齒(22)、磁軛段(21)和第二齒(23)沿運動方向依次連接，第一齒(22)的側面上端與磁軛段(21)的一端端面連接，磁軛段(21)的另一端端面與第二齒(23)的側面上端連接；相單元繞組(3)纏繞在鐵心單元(2)上；次級包括若干個平板形永磁體(51)和平板形導磁軛(61)；所述的若干個平板形永磁體(51)沿運動方向均勻分布固定在平板形導磁軛(61)上，平板形永磁體(51)的充磁方向為沿運動方向平行充磁，并且每相鄰兩個平板形永磁體(51)充磁方向相反，或平板形永磁體(51)為Halbach永磁體結構；鐵心單元(2)的兩個齒的齒距τt與平板形永磁體(51)的極距τp滿足關系τt>τp，位于不同相單元中且相鄰的兩個齒的齒距τl與平板形永磁體(51)的極距τp之間滿足關系τl<τp，并且τt、τl、τp 滿足關系mk1(τt+τl)=(mk2±1)τp，其中m、k1、k2均為自然數，m為電機的相數，m≥3。
2.根據權利要求1所述的模塊化縱向磁場永磁電機，其特征在于相單元繞組(3)由一 個線圈(31)組成，所述的線圈(31)纏繞在鐵心單元(2)的磁軛段(21)上。
3.根據權利要求1所述的模塊化縱向磁場永磁電機，其特征在于相單元繞組(3)由兩 個線圈(31)組成，所述的兩個線圈(31)分別纏繞在鐵心單元(2)的兩個齒上，所述的兩個 線圈(31)繞向相反，并且兩個線圈(31)串聯。
4.根據權利要求1、2或3所述的模塊化縱向磁場永磁電機，其特征在于相單元固定殼 體(4)為非磁性材料。
5.根據權利要求1、2或3所述的模塊化縱向磁場永磁電機，其特征在于平板形永磁體 (51)粘貼在平板形導磁軛(61)上或平板形永磁體(51)嵌在平板形導磁軛(61)內。
6.模塊化縱向磁場永磁電機，它由定子和轉子組成，定子和轉子之間具有氣隙；其特 征在于定子由相單元固定殼體(4)和若干個相單元(1)組成；相單元固定殼體(4)為圓 筒型，相單元固定殼體(4)的內表面沿圓周方向等間隔開有扇形固定孔(42)，扇形固定孔(42)的數量與相單元(1)的數量相同，每個扇形固定孔(42)內均固定安裝有一個相單元 (1)；每個相單元(1)由鐵心單元⑵和相單元繞組⑶組成；所述的鐵心單元(2)由兩 個齒和一個磁軛段(21)組成；所述的磁軛段(21)位于兩齒之間，并磁軛段(21)與兩齒沿 轉子運動方向連接成門字形，即所述的兩個齒分別為第一齒(22)和第二齒(23)，第一齒 (22)、磁軛段(21)和第二齒(23)沿轉子運動方向依次連接，第一齒(22)的側面上端與磁 軛段(21)的一端端面連接，磁軛段(21)的另一端端面與第二齒(23)的側面上端連接；相 單元繞組(3)纏繞在鐵心單元(2)上；次級包括若干個瓦片形永磁體(52)和圓柱形或圓 筒形導磁軛(62)；所述的若干個瓦片形永磁體(52)沿圓周方向均勻分布固定在圓柱形或 圓筒形導磁軛(62)上，瓦片形永磁體(52)的充磁方向為徑向充磁或垂直于軸向方向平行 充磁，并且圓周方向每相鄰兩個瓦片形永磁體(52)充磁方向相反，或瓦片形永磁體(52)為 Halbach永磁體結構；鐵心單元(2)的兩個齒的齒距τ t與瓦片形永磁體(52)的極距τρ滿足關系τ t> τ p，位于不同相單元中且相鄰的兩個齒的齒距τ 1與瓦片形永磁體(52)的極 距τ ρ之間滿足關系τ 1<tp，并且τt、 τ1、 τ ρ滿足關系Hik1 ( τ t+τ1)= (mk2 士 1) τ ρ，其中 m、kp k2均為自然數，m為電機的相數，m≥3。
7.根據權利要求6所述的模塊化縱向磁場永磁電機，其特征在于相單元繞組(3)由一 個線圈(31)組成，所述的線圈(31)纏繞在鐵心單元(2)的磁軛段(21)上。
8.根據權利要求6所述的模塊化縱向磁場永磁電機，其特征在于相單元繞組(3)由兩 個線圈(31)組成，所述的兩個線圈(31)分別纏繞在鐵心單元(2)的兩個齒上，所述的兩個 線圈(31)繞向相反，并且兩個線圈(31)串聯。
9.根據權利要求6、7或8所述的模塊化縱向磁場永磁電機，其特征在于相單元固定殼 體(4)為非磁性材料。
10.根據權利要求6、7或8所述的模塊化縱向磁場永磁電機，其特征在于瓦片形永磁 體(52)粘貼在圓柱形或圓筒形導磁軛(62)上或瓦片形永磁體(52)嵌在圓柱形或圓筒形 導磁軛(62)內。
全文摘要
模塊化縱向磁場永磁電機，它涉及電機領域，它解決了鐵心單元結構復雜的問題，并減小了繞組銅耗的缺點，以及達到原結構消除相間磁耦合的效果。相單元固定殼體的每個固定孔上均固定有一個相單元，每個相單元中鐵心單元由兩個齒和一個磁軛段組成；所述的磁軛段位于兩齒之間，并沿運動方向連接成門字形，相單元繞組纏繞在鐵心單元上；次級包括永磁體和導磁軛；永磁體固定在導磁軛上，永磁體每相鄰兩個充磁方向相反，或永磁體為Halbach永磁體結構；鐵心單元的兩個齒齒距τt與永磁體極距τp滿足關系τt>τp，位于不同相單元中且相鄰的兩個齒齒距τl與永磁體極距τp之間滿足關系τl<τp，并且τt、τl、τp滿足關系mk1(τt+τl)=(mk2±1)τp。它采用特殊相單元，可廣泛應用于其他類型電機上。
文檔編號H02K41/02GK101826784SQ20101019583
公開日2010年9月8日 申請日期2010年6月9日 優先權日2010年6月9日
發明者寇寶泉, 張赫 申請人:哈爾濱工業大學