正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機，本申請包括電樞繞組和電樞鐵心組成的初級，永磁體次級極軛組成的次級；相異充磁方向的永磁體等間距依次固定在次級極軛上，電樞繞組嵌置于初級電樞鐵心的槽中；本發明與現有技術相比，具體優點如下：1)具有“凹”或“凸”型的正交結構邊齒的永磁直線電機與傳統永磁直線電機的生產工藝相同，沒有增加生產成本，同時不會影響電機的推力大小。2)本初級結構的永磁直線電機不僅能同時抑制推力波動和法向力波動，還能防止動子的橫向扭擺。
【專利說明】正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種短初級、長次級型永磁型直線電機技術，即正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機，是抑制端部效應磁阻力所引起的推力與法向力的波動，屬于電機領域，適用于高精度伺服驅動等應用場合。
【背景技術】
[0002]永磁直線電機直接驅動技術在高速度、高精度的機械制造裝備與超高精密的電子制造工程領域得到了廣泛的應用，對于某些應用場合，系統還具有懸浮功能，這就對永磁直線電機提出了更高的技術要求，它不僅要求直線電機具有優良的推力性能，還得具有優良的法向力性能，永磁直線電機推力的波動和法向力的波動降低了系統的位置跟蹤精度，惡化其伺服運行特性。
[0003]永磁直線電機在繞組在不通電的情況下，動子鐵心和永磁體之間存在吸引力，一個是鐵心開槽引起的齒槽力，另一個是初級鐵心開斷引起的端部力，這兩種力合稱為磁阻力，端部力是磁阻力的主要來源。齒槽力和端部力會同時引起電機動子的推力波動和法向力波動，現有的文獻是通過優化動子鐵心長度、動子鐵心邊齒寬度和形狀以及增加輔助齒等方法減小端部力引起的推力波動，還未見有文獻報道抑制端部力引起的法向力波動的方法。同時，上述每種方法雖可抑制端部力引起的推力波動，但未必能很好的抑制法向力波動。
【發明內容】
[0004]發明目的:本發明提供一種正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機，其目的是解決原有直線電機端部磁阻力引起的推力波動和法向力波動造成的定位精度不高的技術問題。
[0005]技術方案:本發明是通過以下技術方案實現的:
一種正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機，其特征在于:該電機包括電樞繞組和電樞鐵心組成的初級、永磁體和次級極軛組成的次級；相異充磁方向的永磁體等間距依次固定在次級極軛上，初級電樞鐵心設置在永磁體上，電樞繞組嵌置于初級電樞鐵心的槽中；初級電樞鐵心的兩端構成“凹”字型或“凸”字型的電樞鐵心端齒。
[0006]所述初級電樞鐵心由若干縱向長短不同沖剪成型的硅鋼片疊壓構成，長硅鋼片疊壓在一起形成長疊壓塊，短硅鋼片疊壓在一起形成短疊壓塊，長疊壓塊與短疊壓塊疊壓在一起形成初級電樞鐵心，當短疊壓塊設在中間而長疊壓塊設置在兩側時，在初級電樞鐵心的兩端形成“凹”字型電樞鐵心端齒，當長疊壓塊設置在中間而短疊壓塊設置在兩側時在初級電樞鐵心的兩端形成“凸”字型的電樞鐵心端齒。
[0007]硅鋼片為梳子狀結構，多個硅鋼片疊壓在一起形成了帶有槽的初級電樞鐵心。
[0008]當電樞鐵心端齒為“凹”字型時，其中間凹入部分的寬度為兩邊凸出部分寬度的二倍，凹入部分的深度為1/2個極距；當電樞鐵心端齒為“凸”字型時，其中間凸出部分的寬度為兩邊凹進部分寬度的二倍，凸出部分的長度為1/2個極距，極距為相鄰的兩個永磁體中線之間的距離。
[0009]短硅鋼片兩端的片齒的寬度為中間片齒寬度的一半，長硅鋼片兩端的片齒的寬度為短硅鋼片片齒的寬度與1/2個極距之和，長硅鋼片的片齒間距與短硅鋼片的齒間距相同，除兩端片齒外，長硅鋼片的片齒寬度與短硅鋼片的片齒寬度相同；當所有硅鋼片疊加在一起時，片齒之間就形成了槽。
[0010]短硅鋼片的總長度厶為極距τ的整數倍，即厶=A τ，左為整數，長硅鋼片的長度Λ為短硅鋼片的總長度72加上一個極距τ，Β卩A=認+1) τ，々為整數。
[0011]優點及效果:本發明提供一種正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機，是一種低推力波動和法向力波動的永磁同步直線電機，其有效削弱了運行過程中的推力波動和法向力波動，提高定位精度。
[0012]本申請包括電樞繞組和電樞鐵心組成的初級，永磁體次級極軛組成的次級；相異充磁方向的永磁體等間距依次固定在次級極軛上，電樞繞組嵌置于初級電樞鐵心的槽中；初級鐵心由若干沖剪成型的長硅鋼片和沖剪成型的短硅鋼片按一定規律疊壓而成，疊壓之后構成電樞鐵心的端部齒型如漢字的“凹”字型或“凸”字型，可根據安裝空間和裝配需求靈活設計成“凹”型結構或“凸”型結構。
[0013]電樞鐵心中間凹入部分(或凸出部分)的寬度為兩邊凸出部分(或凹入部分)寬度的二倍，中間凹入部分(或凸出部分)長度比兩邊凸出部分(或凹入部分)短1/2個極距(1/2 τ )(或長1/2 τ )，a等于齒寬度的一半，即a=辦t/2, c = 2t/，72=左τ O為整數)
，I1= 0+1) τ O 為整數)。
[0014]本發明與現有技術相比，具體優點如下:
I)具有“凹”或“凸”型的正交結構邊齒的永磁直線電機與傳統永磁直線電機的生產工藝相同，沒有增加生產成本，同時不會影響電機的推力大小。
[0015]2)本初級結構的永磁直線電機不僅能同時抑制推力波動和法向力波動，還能防止動子的橫向扭擺。
[0016]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1是本發明的“凹”字型電機三維結構示意圖；
圖2是本發明的“凸”字型電機三維結構示意圖；；
圖3是本發明的“凹”字型電機俯視圖；
圖4是構成初級電樞鐵心的硅鋼沖片示意圖；
圖5是傳統永磁直線電機端齒端面磁通變化示意圖；其中a為端齒側面磁通最大處，b為端齒側面磁通為零處，c為端齒側面磁通最大處。
[0017]圖6是“凹”字型或“凸”字型端齒端面磁通變化示意圖；
附圖標記說明:
1.電樞鐵心、2.電樞繞組、3.中部齒、4.次級極軛、5.槽、6.永磁體、7.端部齒型、8.沖剪成型的硅鋼片一、9.沖剪成型的硅鋼片二、10.端部齒一、11.端部齒二。
[0018]【具體實施方式】:下面結合附圖對本發明做進一步的說明:
如圖1所示，本發明涉及一種正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機，該電機包括電樞繞組2和電樞鐵心I組成的初級、永磁體6和次級極軛4組成的次級；相異充磁方向的永磁體6等間距依次固定在次級極軛4上，初級電樞鐵心I設置在永磁體6上，電樞繞組2嵌置于初級電樞鐵心I的槽5中；初級電樞鐵心I的兩端構成“凹”字型或“凸”字型的電樞鐵心端齒7。
[0019]所述初級電樞鐵心I由若干縱向長短不同沖剪成型的硅鋼片疊壓構成，長硅鋼片8疊壓在一起形成長疊壓塊，短硅鋼片9疊壓在一起形成短疊壓塊，長疊壓塊與短疊壓塊疊壓在一起形成初級電樞鐵心1，當短疊壓塊設在中間而長疊壓塊設置在兩側時，在初級電樞鐵心I的兩端形成“凹”字型電樞鐵心端齒7，當長疊壓塊設置在中間而短疊壓塊設置在兩側時在初級電樞鐵心I的兩端形成“凸”字型的電樞鐵心端齒7。
[0020]硅鋼片為梳子狀結構，多個硅鋼片疊壓在一起形成了帶有槽5的初級電樞鐵心I。
[0021]如圖1、2、3所示，當電樞鐵心端齒7為“凹”字型時，其中間凹入部分的寬度C為兩邊凸出部分寬度d的二倍，即c=2d,凹入部分的深度為1/2個極距(1/2 τ );當電樞鐵心端齒7為“凸”字型時，其中間凸出部分的寬度C為兩邊凹進部分寬度d的二倍，即c=2d,凸出部分比兩側長1/2個極距(1/2 τ )，極距τ為相鄰的兩個永磁體￠)中線之間的距離。
[0022]如圖4所示，短硅鋼片9兩端的片齒11的寬度a為中間片齒寬度6 t的一半，即a=bt /2，而長硅鋼片8兩端的片齒10比短硅鋼片片齒11寬τ/2，即6=a+τ/2。長硅鋼片8的片齒間距與短硅鋼片9的齒間距相同，除兩端片齒外，長硅鋼片8的片齒寬度與短硅鋼片9的片齒寬度相同；當所有硅鋼片疊加在一起時，片齒之間就形成了槽5。
[0023]短硅鋼片9的總長度厶為極距τ的整數倍，即厶=A τ，左為整數，長硅鋼片8的長度I1為I2加上一個極距τ，即I1= 0+1) τ，k為整數。
[0024]上述初級結構的永磁直線電機不僅能同時抑制推力波動和法向力波動，還能防止動子的橫向扭擺。
[0025]本發明為低磁阻力波動的正交結構邊齒的永磁直線電機，根據傳統永磁直線電機端齒側壁磁通周期性且近似線性變化的特點，將邊齒結構正交化，保證電機在運行過程中通過兩個端齒側壁的磁通均恒定不變，磁通不變，也就保證了磁能不變，推力和法向力也就不存在波動分量。下面以12槽，沖剪成型的短硅鋼片9長度72下對應11極的永磁直線電機為例，對本發明進行詳細說明。
[0026]如圖1、2所示，其包括電樞繞組2和電樞鐵心I組成的初級以及永磁體6和次級極軛4組成的次級，相異充磁方向的永磁體6等間距依次固定在次級極軛4上，初級與次級之間存在氣隙；初級電樞鐵心I和嵌裝在電樞鐵心上的電樞繞組2用高導熱系數的樹脂灌封成一體。
[0027]如圖5所示，當傳統短初級永磁直線電機運行時，穿過初級電樞鐵心I端面的磁通發生著周期性的變化。本發明通過設計端部齒型7的中間部位與兩邊的部位錯開τ/2距離，即，當端部齒型7的中間凹入部分(或凸出部分)位于磁極的直軸時，初級電樞鐵心I沿著橫向的兩邊凸出部分(或凹入部分)位于磁極的交軸，這就是所述的正交結構邊齒；正交結構邊齒的中間部位寬度等于兩邊部位寬度之和，圖6的虛線是端部齒型7兩側任一凸出部分(或凹入部分)磁通隨位置變化的示意圖，實線是端部齒型7中間凹入部分(或凸出部分)磁通隨位置變化的示意圖，從而，動子在任意位置，穿過初級電樞鐵心I端面的磁通總和恒定不變，進而達到了既減少推力波動又減少法向力波動的目的。
[0028]本發明由于削弱了法向力的波動，非常適合于懸浮驅動系統，本發明與傳統永磁直線電機的生產工藝相同，沒有增加生產成本，同時不會影響電機的推力大小；本申請不僅能同時抑制推力波動和法向力波動，還能防止動子的橫向扭擺。
【權利要求】
1.一種正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機，其特征在于:該電機包括電樞繞組⑵和電樞鐵心(I)組成的初級、永磁體(6)和次級極軛⑷組成的次級；相異充磁方向的永磁體￠)等間距依次固定在次級極軛(4)上，初級電樞鐵心(I)設置在永磁體(6)上，電樞繞組⑵嵌置于初級電樞鐵心(I)的槽(5)中；初級電樞鐵心(I)的兩端構成“凹”字型或“凸”字型的電樞鐵心端齒(7)。
2.根據權利要求1所述的正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機，其特征在于:所述初級電樞鐵心(I)由若干縱向長短不同沖剪成型的硅鋼片疊壓構成，長硅鋼片(8)疊壓在一起形成長疊壓塊，短硅鋼片(9)疊壓在一起形成短疊壓塊，長疊壓塊與短疊壓塊疊壓在一起形成初級電樞鐵心(I)，當短疊壓塊設在中間而長疊壓塊設置在兩側時，在初級電樞鐵心(I)的兩端形成“凹”字型電樞鐵心端齒(7)，當長疊壓塊設置在中間而短疊壓塊設置在兩側時在初級電樞鐵心(I)的兩端形成“凸”字型的電樞鐵心端齒(7)。
3.根據權利要求2所述的正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機，其特征在于:硅鋼片為梳子狀結構，多個硅鋼片疊壓在一起形成了帶有槽(5)的初級電樞鐵心(I)。
4.根據權利要求2所述的正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機，其特征在于:當電樞鐵心端齒(7)為“凹”字型時，其中間凹入部分的寬度(C)為兩邊凸出部分寬度(d)的二倍，凹入部分的深度為1/2個極距(1/2 τ );當電樞鐵心端齒(7)為“凸”字型時，其中間凸出部分的寬度(C)為兩邊凹進部分寬度(d)的二倍，凸出部分的長度為1/2個極距(1/2 τ )，極距(τ )為相鄰的兩個永磁體(6)中線之間的距離。
5.根據權利要求4所述的正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機,其特征在于:短硅鋼片(9)兩端的片齒(11)的寬度(a)為中間片齒寬度Gt)的一半，長硅鋼片⑶兩端的片齒(10)的寬度為短硅鋼片片齒(11)的寬度與1/2個極距(1/2 τ )之和，長硅鋼片(8)的片齒間距與短硅鋼片(9)的齒間距相同，除兩端片齒外，長硅鋼片(8)的片齒寬度與短硅鋼片(9)的片齒寬度相同；當所有硅鋼片疊加在一起時，片齒之間就形成了槽(5)。
6.根據權利要求4所述的正交結構邊齒的低磁阻力波動永磁直線電機,其特征在于:短硅鋼片(9)的總長度(72)為極距(τ )的整數倍，即72= k τ j為整數，長硅鋼片(8)的長度(Λ)為短硅鋼片(9)的總長度(72)加上一個極距(τ )，即I1= {k+l) τ，左為整數。
【文檔編號】H02K41/03GK104467355SQ201410688447
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】彭兵, 張囡, 夏加寬, 劉鐵法 申請人:沈陽工業大學