專利名稱：低速高推力密度直線電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種新型磁場調制式永磁直驅直線電機，可實現低速高推力密度，屬于直線電機技術。
背景技術：
永磁同步直線電機具有結構簡單、反應速度快、隨動性好、免維護等突出優點，在高性能直線驅動系統獲得廣泛應用。然而，其也存在推力波動幅值大的明顯缺點，直接影響定位和軌跡跟蹤精度，帶來低速時的運動平穩性問題。通常的調速措施只能獲得低速，并不増加轉矩，限制了永磁同步直線電機性能的提高和應用領域的擴大。傳統采用齒 輪箱作為中間環節進行調速，以增加電機次級速度，而齒輪箱使整個傳動系統體積和重量増加，同時還有噪聲、磨損、響應慢等問題。磁場調制式永磁電機是ー種最近提出的直驅式電機，它的核心部分是磁齒輪的應用，磁齒輪是ー種新型的齒輪結構，它具有噪聲低、可靠性高、轉矩傳輸能力大、過載保護等優點。然而，也存在結構復雜，需較高的エ藝水平。因此，有必要提出ー種新型磁場調制式永磁直線電機。
發明內容技術問題本實用新型針對傳統直線電機在低速時推力密度相對較低的問題，提出ー種低速高推力密度直線電機，解決現有傳動裝置中的機械增速齒輪箱功率密度低、機械磨損和噪音等問題，同時對新型磁齒輪復合電機雙氣隙機構進行改進，省去由導磁塊和非導磁材料構成的調磁固定部件，并在定子齒間上嵌入永磁體，本實用新型的內容是圍繞直線電機具有低速高推力密度運行性能而進行設計的。技術方案為解決上述技術問題，本實用新型提供了ー種低速高推力密度直線電機，該裝置包括電機短初級、與電機短初級相對設置且隔一條氣隙的電機長次級；電機短初級包括定子鐵芯、均勻分布在定子鐵芯外周的定子齒、定子繞組、定子永磁體；定子鐵芯采用開ロ槽定子結構，即定子鐵芯上開設有定子槽，定子永磁體均勻分布在相鄰的兩個定子齒之間，定子繞組嵌入定子槽內；電機長次級包括動子軛，動子永磁體；動子永磁體沿水平方向間隔地且等距離地嵌放在動子軛上。優選的，該電機只有ー層氣隙，分布在定子鐵芯與動子軛之間。優選的，定子永磁體材料和動子永磁體材料均為稀土釹鐵硼，每塊永磁體均采用徑向充磁，定子永磁體和動子永磁體在氣隙兩側的極性相反。優選的，定子齒與定子槽組合用于進行磁場調制，且滿足長度均為L的短初級定子齒個數A等于長次級動子永磁體極對數&與短初級電樞繞組極對數~之和。優選的，定子繞組是由三相電樞繞組組成，每相由若干個集中繞組線圈組成。優選的，定子鐵芯和動子軛的材料均為硅鋼片。有益效果[0013](I)省去了機械增速齒輪箱，基于磁場調制的游標式結構提高了裝置可靠性，特別適用于低速高推力密度的エ況，減小了電機的體積、重量和制造成本。(2)電機中有更多的磁力線通過氣隙，實現大幅度提高氣隙磁密，因此氣隙磁密的有效諧波成份值比普通磁場調制式永磁直線電機高，從而提高了電機的推力密度、快速響應。(3)動子永磁體之間通過鉄心隔離，阻斷了各永磁體中渦流電流的相互流動，降低了轉子永磁體中的渦流損耗。(4)電機為緊湊型單氣隙結構，有效減小磁阻阻抗，加工エ藝簡單，穩定性及可靠性得到提聞。
(5)單氣隙兩側的永磁體設計，使電機漏磁減少，從而減少了損耗。(6)動子永磁體采用高磁能積釹鐵硼勵磁，替代電勵磁，不存在電刷和滑環裝置，具有體積小、重量輕、功率密度高、損耗小以及電氣控制更為簡單等優點。(7)動子永磁體采用表面插入式結構，能使直線電機運行速度范圍廣，實行弱磁控制，獲得良好的運行性能。(8)無接觸的變速結構，可有效抑制推力波動。(9)合理設計相同長度L短初級定子永磁體與長次級轉子永磁的極對數便可實現裝置推力脈動小，控制精度高等特點。
圖I為本實用新型結構示意圖。其中有定子鐵芯I、定子繞組2、定子齒3、定子永磁體4、氣隙5、動子永磁體6、動子軛7、定子槽8。
具體實施方式
下面將參照附圖對本實用新型進行說明。本實用新型提供的低速高推力密度游標式直線電機，單氣隙兩側的游標式結構具有磁齒輪的傳動性能，通過電機中初級定子齒的磁場調制作用，既繼承磁齒輪無接觸變速傳動的優點又省去磁齒輪復合電機中的調磁環固定部件，解決傳統永磁直線電機低速時效率和功率因數相對較低的問題，實現低速時具有高推力密度的運行性能，同時單氣隙的緊湊型設計，有效提高氣隙磁密。該裝置包括電機動子軛7、動子永磁體6、定子鐵芯I、定子永磁體4、定子繞組2。定子鐵芯I采用開ロ槽定子結構，定子永磁體4沿水平方向均勻嵌放在兩個定子齒3之間；動子永磁體6沿水平方向間隔地且等距離地嵌放在動子軛7上。定子齒3與定子槽8組合替代磁齒輪中的調磁環部件進行磁場調制，滿足長度均為L的定子
齒個數A等于動子永磁體極對數~與電樞繞組極對數~之和，合理選擇速度變比參數レ
{k= H7Inf )，實現穩定高效的傳遞推力和功率，可應用于低速大推力的直驅場合。本實用
新型通過合理設計定子齒代替傳統磁齒輪中的調磁環結構，簡化加工エ藝，提高裝置的可靠性，減小系統制造成本。本實用新型公開ー種新型低速高推力密度游標式直線電機，充分利用磁場調制原理，通過電機中定子齒的磁場調磁作用，實現無接觸變速傳動，解決了傳統電機低速運行推力波動大、電氣控制復雜的缺點，也省去了磁齒輪復合電機中獨立的調磁環，同時單氣隙的設計，使電機整體結構更緊湊，減小電機的體積。同時定子上増加了永磁體，提高了氣隙磁密，減少了漏磁，降低鐵芯損耗，并且具有良好的抗過載能力，提高了輸出推力。該裝置包括電機動子軛7、動子永磁體6、定子鐵芯I、定子齒3、定子永磁體4、定子繞組2。動子永磁體6沿水平方向間隔地且等距離地嵌放在動子軛7上，定子鐵芯I采用開ロ槽定子結構，定子齒3與定子槽8組合替代磁齒輪中的調磁環部件進行磁場調制。該電機動子和定子上都有永磁體，利用有限元可以優化調整永磁體寬度和厚度，與傳統的雙氣隙磁齒輪復合電機相比，它能提供更大的有效磁場諧波成份和輸出推力密度。本實用新型是ー種磁場調制式的新型低速高推力密度游標式直線電機，在電機定 子鐵芯I上開有齒槽，在齒槽里安裝定子繞組2，通過時產生永磁同步直線電機所需的行波磁場；定子永磁體4均勻地嵌放在定子兩個齒3之間，提高單氣隙磁密；在電機次級動子軛7上，間隔地且等距離地嵌放著徑向充磁的釹鐵硼動子永磁體6，以形成勵磁磁場。所述的定子鐵芯I、動子軛7由硅鋼片制成。所述的電機定子齒槽替代由導磁塊和非導磁材料組成的固定調磁環部件，實現磁場調制。所述的初級定子繞組2采用分數集中繞組，導線用量減小，端部發熱少，更高的槽滿率，有利于提高電機的推力密度。所述的定子永磁體4材料和動子永磁體6材料均為稀土釹鐵硼，每塊永磁體均采用徑向充磁，定子永磁體4和動子永磁體6在氣隙兩側的極性相反。所述的新型低速高推力密度游標式直線電機包括單邊平板式、雙邊平板式和圓筒式子等多種直線電機形式。本實用新型的基本原理為磁齒輪調磁環的空間磁場調制原理，利用空間諧波傳遞能量，滿足相同長度為L的短初級定子齒個數》為長次級動子永磁體極對數~與短初級電
樞繞組極對數 之和的關系，n7與Kf的比但叫為該游標式直線電機的無接觸傳動速比，合
理選擇速比，可應用于不同低速時實現高推力密度直線運動的場合。當定子電樞繞組通以一定頻率的交流電時，電樞繞組電流產生的行波磁場同步
速度為叫，經定子齒的磁場調制作用，在氣隙中產生ー個調制行波磁場，其同步角速度為-,該磁場與動子上的永磁體相互作用，帶動動子同步運動，負號表示調制波磁場與電樞繞組磁場的行波方向相反。通過改變通入繞組電流的頻率從而實現不同的同步速度 !，進而得到不同的外轉子旋轉速度-^實現調速驅動。I 力速度變比，數值上等干(k = nrin￥ )。以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本實用新型所掲示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內。
權利要求1.ー種低速高推力密度直線電機，其特征在于該電機包括電機短初級、與電機短初級相對設置且隔一條氣隙(5)的電機長次級； 電機短初級包括定子鐵芯(I)、均勻分布在定子鐵芯(I)外周的定子齒(3)、定子繞組(2)、定子永磁體(4);定子鐵芯(I)采用開ロ槽定子結構，即定子鐵芯(I)上開設有定子槽(8)，定子永磁體(4)均勻分布在相鄰的兩個定子齒(3)之間，定子繞組(2)嵌入定子槽(8)內； 電機長次級包括動子軛(7)，動子永磁體￠);動子永磁體(6)沿水平方向間隔地且等距離地嵌放在動子軛(7)上。
2.根據權利要求I所述的低速高推力密度直線電機，其特征在于該電機只有ー層氣隙(5)，分布在定子鐵芯(I)與動子軛(7)之間。
3.根據權利要求I所述的低速高推力密度直線電機，其特征在于定子永磁體(4)材料和動子永磁體(6)材料均為稀土釹鐵硼，每塊永磁體均采用徑向充磁，定子永磁體(4)和動子永磁體(6)在氣隙兩側的極性相反。
4.根據權利要求I所述的低速高推力密度直線電機，其特征在干定子齒(3)與定子槽(8)組合用于進行磁場調制，且滿足長度均為L的短初級定子齒個數^等于長次級動子永磁體極對數~與短初級電樞繞組極對數之和。
5.根據權利要求I所述的低速高推力密度直線電機，其特征在于定子繞組(2)是由三相電樞繞組組成，每相由若干個集中繞組線圈組成。
6.根據權利要求I所述的低速高推力密度直線電機，其特征在于定子鐵芯(I)和動子軛(7)的材料均為硅鋼片。
專利摘要本實用新型涉及一種低速高推力密度直線電機，該裝置包括電機短初級、與電機短初級相對設置且隔一條氣隙(5)的電機長次級；電機短初級包括定子鐵芯(1)、均勻分布在定子鐵芯(1)外周的定子齒(3)、定子繞組(2)、定子永磁體(4)；定子鐵芯(1)采用開口槽定子結構，即定子鐵芯(1)上開設有定子槽(8)，定子永磁體(4)均勻分布在相鄰的兩個定子齒(3)之間，定子繞組(2)嵌入定子槽(8)內；電機長次級包括動子軛(7)，動子永磁體(6)；動子永磁體(6)沿水平方向間隔地且等距離地嵌放在動子軛(7)上。本實用新型采用定子齒代替磁齒輪中的調磁環，簡化加工工藝，提高裝置的可靠性，減小系統制造成本。
文檔編號H02K41/03GK202395636SQ201120553149
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者於鋒, 樊英, 程明, 鄒國棠 申請人:東南大學