具有聚磁效應的無鐵芯永磁直線電機定子及其制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有聚磁效應的無鐵芯永磁直線電機定子，包括一直線型的支架，沿所述支架均勻排布有若干個永磁體，所述永磁體呈圓柱體，其磁化方向平行于直徑方向，且其磁化角按照預定的方式排列，由于圓柱形永磁體在直徑方向充磁時，不需要特殊設備，充磁效果好，磁化方向更準確和易控制，因此磁化難度小，成功率高，而且采用上述預定的排列方式對永磁體進行布置，可以得到非常理想的單邊增強磁場，另一邊磁場消失，永磁直線電機定子不需要鐵芯，因此永磁直線電機定子的功率密度大，直線電機的性能好。本發明還提供一種具有聚磁效應的無鐵芯永磁直線電機定子的制造方法。
【專利說明】
具有聚磁效應的無鐵芯永磁直線電機定子及其制造方法
技術領域
[0001] 本發明涉及電機加工及制造技術領域，特別涉及一種具有聚磁效應的無鐵芯永磁 直線電機定子及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 稀土永磁電機是上世紀70年代初期出現的一種新型永磁電機，由于稀土永磁體的 高磁能積和高矯頑力，使稀土永磁電機具有體積小、重量輕、效率高、特性好等一系列優點。 稀土永磁電機既可達到傳統勵磁電機所無法比擬的高性能要求，又可能制成滿足特定運動 要求的特種電機，如電梯牽引電機，汽車專用電機等。稀土永磁電機與電力電子技術和微機 控制技術相結合，更使電機及傳動系統的性能提高到一個嶄新的水平，從而提高所配套的 技術和性能。
[0003] 要制造高性能的稀土永磁電機必須使稀土永磁體產生符合電磁要求的磁場，1979 年美國勞倫斯?伯克利實驗室的物理學家K.Halbach博士提出了一種新穎的永磁陣列，這 種永磁陣列完全由稀土永磁材料制成，通過將不同充磁方向的永磁體按照一定規律排列， 能夠在磁體的一側匯聚磁力線，使磁場加強，且能滿足電磁要求，而另一側削弱磁力線，從 而獲得比較理想的單邊磁場。學術界將這種陣列方式的永磁體稱為Halbach陣列永磁體。
[0004] 盡管Halbach陣列能使永磁體產生理想的單邊磁場，但是目前利用Halbach陣列永 磁體制造電機轉子的技術仍不成熟，目前常用的技術中一般采用斜向充磁方式對單個的長 方體狀的永磁體進行磁化，然后將磁化后的永磁體單元粘結在一起，制成Halbach陣列永磁 體，然后再組裝成電機轉子。這種制造方法難度非常大，效率較低，因而制造成本居高不下。
【發明內容】
[0005] 本發明的主要目的在于，針對上述現有技術中的不足，提供一種具有聚磁效應的 無鐵芯永磁直線電機定子及其制造方法，其具有制造難度低、組裝效率高，轉子的功率密度 大，不需要鐵芯等特點。
[0006] 為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案。
[0007] 本發明首先提供一種具有聚磁效應的無鐵芯永磁直線電機定子，包括一直線型的 支架，沿所述支架均勻排布有若干個永磁體，所述永磁體呈圓柱體，且磁化方向平行于直徑 方向，設每個永磁體的磁極方向與所述支架的長度方向所成的角度為<Pm，則上述若干個永 磁體依次按以下角度依次排列：
[0008]
[0009] 式中：
[0010] N為所述永磁直線電機定子的磁極對數；
[0011] η為每個磁極中包含的永磁體數目；
[0012] m為永磁體的順序編號，m=l，2,3,……，2N*n+l。
[0013] 上述永磁直線電機定子中，所述永磁體設置有一中心軸，所述中心軸的一端設置 有軸銷。
[0014] 上述永磁直線電機定子中，所述支架包括第一支架和第二支架，第一支架上設置 有圓孔，所述第二支架上的設置有銷軸孔，永磁體中心軸一端的所述軸適于插入到第一支 架上的所述圓孔中，永磁體中心軸的另一端軸銷適于插入到第二支架上的所述軸銷孔中。
[0015] 本發明還提供一種具有聚磁效應的無鐵芯永磁直線電機定子的制造方法，包括以 下步驟：
[0016] a、在基座上固定第一支架，所述第一支架上均勻設置有2N*n+l個圓孔，所述2N*n+ 1個安裝孔直線排列；
[0017] b、配置2N*n+l個圓柱形永磁體，每個永磁體設置有一中心軸，所述中心軸的一端 設置有銷軸；
[0018] c、為每個永磁體充磁，且充磁方向平行于所述永磁體的直徑方向；
[0019] d、將每個所述永磁體的中心軸的園軸插入到第一支架的所述圓孔中，
[0020] e、將每個所述永磁體的中心軸的具有銷軸的一端插入到第二支架的所述銷軸孔 中，并使各永磁體的磁極方向與支架的長度方向所成的角度9m依次滿足以下要求：
[0021]
[0022]其中:N為所述永磁直線電機定子的磁極對數；
[0023] η為每個磁極中包含的永磁體數目；
[0024] m為永磁體的順序編號，m=l，2,3,……，2N*n+l;
[0025] f、將第二支架固定在基座上，使各個永磁體的中心軸與所述第一支架和第二支架 垂直。
[0026] 本發明相比于傳統的永磁直線電機定子和制造方法，首先，采用平行于直徑方向 充磁的圓柱形永磁體代替傳統的斜向充磁的長方體狀的永磁體，由于圓柱形永磁體在直徑 方向充磁時，不需要特殊設備，充磁效果好，磁化方向更準確和易控制，因此磁化難度小，成 功率高;其次，采用所述的公式對各個永磁體的磁化方向進行排列，具有良好的聚磁效應， 可以得到非常理想的單邊磁場，永磁直線電機定子不需要鐵芯，而且，每個磁極所包含的永 磁體數目越多，所得到的磁場就越趁近于正弦分布，從而電機的性能越好。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明實施例中永磁直線電機定子的正面結構示意圖。
[0028] 圖2是本發明實施例中永磁體的結構示意圖。
[0029] 圖3是本發明實施例中永磁體的排布方式示意圖。
[0030] 圖4是本發明實施例中第一支架的結構示意圖。
[0031] 圖5是本發明實施例中第二支架的結構示意圖。
[0032]圖6是本發明實施例中永磁直線電機定子的磁場分布不意圖。
[0033]本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0034] 以下將結合附圖及具體實施例詳細說明本發明的技術方案，以便更清楚、直觀地 理解本發明的發明實質。
[0035] 參照圖1、圖2和圖3所不，本實施例提供一種具有聚磁效應的無鐵芯永磁直線電機 定子。該永磁直線電機定子包括一直線型的支架10,該支架10固定于一基座30上，沿著該支 架10的長度方向均勻地排布有若干個永磁體20,這些永磁體20整體呈圓柱狀，在其中心設 置有中心軸21。該永磁體20的磁化方向平行于其圓柱體的直徑方向。
[0036] 假設該永磁直線電機定子有N對磁極，每個磁極包含η個永磁體20，則總共有2N*n+ 1個永磁體20。假設各永磁體20的磁極方向與支架10的長度方向所成的角度（以下稱為磁化 角）為Φ??則上述2N*n+l個永磁體20依次按以下角度依次排列：
[0037]
[0038] 其中，m為永磁體20的順序編號，m=l，2,3,……，2N*n+l。
[0039]以磁極對數為2，每個磁極中包含4個永磁體20為例，總共有17個永磁體20，可以計 算出第1個永磁體20的磁化角為：
[0040]
;
[0041 ] 第2個永磁體20的磁化角為：
[0042] ……
[0043] 第16個永磁體20的磁化角為
[0044] 即，第1個永磁體20的磁化角為0度。
[0045] 所有17個永磁體20經過上述方式排布后，得到圖6所示的磁場分布效果。可見，在 本實施例的永磁直線電機定子的上方，形成增強的近似于正弦磁力曲線，而在永磁直線電 機定子的下方基本上沒有磁力線，從而有效地利用了永磁體20的磁場，并增加了永磁直線 電機定子的功率密度。而且，經過實驗證明，對于相同的磁極對數，每個磁極中包含的永磁 體20數目越多，即η越大，則永磁直線電機定子上方的磁力線越趨近于正弦曲線，電機的性 能也越好。
[0046] 此外，請參照圖4和圖5所示，上述支架10包括第一支架11和第二支架12,第一支架 11和第二支架12均固定于基座30上，第一支架11上設置有銷軸孔111，第二支架12上的設置 有圓孔121。
[0047] 第一支架11上的銷軸孔111之間的距離與第二支架12上的圓孔121之間的距離相 等，使得永磁體20安裝到第一支架11和第二支架12之間后，能保持永磁體20的中心軸21與 第一支架11和第二支架12垂直。
[0048]具體地，本實施例的永磁體20的中心軸31由金屬材料制成，其一端設置有一銷軸 22。在對永磁體20的磁化角進行調節后，可以通過該銷軸22插入上述銷軸孔111，以限制永 磁體20繞中心軸21旋轉，從而保持永磁體20的磁化角不變。
[0049]本實施例采用分別設置于第一支架11的銷軸孔111與設置于中心軸21上的銷軸22 的配合，以及設置于第二支架12的圓孔121與中心軸21的配合來固定永磁體20和調節磁化 角，以代替傳統采用粘結等固定方式，其優點在于，永磁體20的組裝方便，安裝牢固可靠，有 利于提高生產效率和良品率。而且，采用銷軸孔111固定永磁體的方式，可以在安裝永磁體 20的同時對永磁體20的磁化角進行調節和固定，這種方式安裝永磁體20非常方便和快捷。 [0050]本實施例還提供一種直線電機永磁直線電機定子的制造方法，其包括以下步驟： [0051 ] a、在基座上固定第一支架，第一支架上均勻設置有2N*n+l個銷軸孔，該2N*n+l個 安裝孔直線排列；
[0052] b、配置2N*n+l個圓柱形永磁體，每個永磁體設置有一中心軸，上述中心軸的一端 設置有銷軸；
[0053] c、為每個永磁體充磁，且充磁方向平行于永磁體的直徑方向；
[0054] d、將每個永磁體的中心軸的具有銷軸的一端插入上述銷軸孔中，并使各永磁體的 磁極方向與支架的長度方向所成的角度φπι依次滿足以下要求：
[0055]
[0056] 其中:Ν為所述永磁直線電機定子的磁極對數；
[0057] η為每個磁極中包含的永磁體數目；
[0058] m為永磁體的順序編號，m=l，2,3,……，2N*n+l;
[0059] e、配置第二支架，該第二支架上對應于上述銷軸孔均勻設置有直線排列的2N*n個 圓孔；
[0060] f、將每個永磁體的中心軸的與銷軸相對的另一端插入上述圓孔，使各個永磁體的 中心軸與第一支架和第二支架垂直。
[0061] 采用上述方法，可以永磁直線電機定子的組裝變得更方便，安裝更牢固可靠，有利 于提高生產效率和良品率。而且，采用將銷軸插入銷軸孔的方式固定永磁體，可以對永磁體 的磁化角進行固化的同時，固定永磁體，采用這種方式可以使永磁體的組裝非常方便和快 捷。
[0062] 綜上所述，本發明相比于傳統的直線電機的永磁直線電機定子和制造方法，首先， 采用平行于直徑方向充磁的圓柱形永磁體代替傳統的斜向充磁的長方體狀的永磁體，由于 圓柱形永磁體在直徑方向充磁時，不需要特殊設備，充磁效果好，磁化方向更準確和易控 制，因此磁化難度小，成功率高;其次，采用所述的公式對各個永磁體的磁化方向進行排列， 具有良好的聚磁效應，可以得到非常理想的單邊磁場，從而不需要導磁的鐵芯。而且，每個 磁極所包含的永磁體數目越多，所得到的磁場就越趁近于正弦分布，從而電機的性能越好。
[0063] 以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制其專利范圍，凡是利用本發明 說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，直接或間接運用在其他相關的技術領 域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【主權項】
1. 一種具有聚磁效應的無鐵芯永磁直線電機定子，其特征在于:包括一直線型的支架， 沿所述支架均勻排布有若干個永磁體，所述永磁體呈圓柱體，且磁化方向平行于直徑方向， 設每個永磁體的磁極方向與所述支架的長度方向所成的角度為則上述若干個永磁體依 次按以下角度依次排列：式中： N為所述永磁直線電機定子的磁極對數； η為每個磁極中包含的永磁體數目； m為永磁體的順序編號，m=l，2,3, ，2N*n+l。2. 如權利要求1所述的直線電機的永磁直線電機定子，其特征在于:所述永磁體設置有 一中心軸，所述中心軸的一端設置有銷軸。3. 如權利要求2所述的直線電機的永磁直線電機定子，其特征在于:所述支架包括第一 支架和第二支架，第一支架上設置有圓孔，所述第二支架上的設置有銷軸孔，永磁體中心軸 一端的所述軸適于插入到第一支架上的所述圓孔中，永磁體中心軸另一端的銷軸適于插入 到第二支架上的所述的銷軸孔中。4. 一種具有聚磁效應的無鐵芯永磁直線電機定子制造方法，包括以下步驟： a、 在基座上固定第一支架，所述第一支架上均勻設置有2N*n+l個圓孔，所述2N*n+l個 安裝孔直線排列； b、 配置2N*n+l個圓柱形永磁體，每個永磁體設置有一中心軸，所述中心軸的一端設置 有銷軸； c、 為每個永磁體充磁，且充磁方向平行于所述永磁體的直徑方向； d、 將每個所述永磁體的中心軸的園軸插入到第一支架的所述圓孔中； e、 將每個所述永磁體的中心軸的具有銷軸的一端插入到第二支架的所述銷軸孔中，并 使各永磁體的磁極方向與支架的長度方向所成的角度 iPrn依次滿足以下要求：其中，N為所述永磁直線電機定子的磁極對數； η為每個磁極中包含的永磁體數目； m為永磁體的順序編號，m=l，2,3, ，2N*n+l; f、 將第二支架固定在基座上，使各個永磁體的中心軸與所述第一支架和第二支架垂 直。
【文檔編號】H02K41/03GK105932858SQ201610271955
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】霍勇賢
【申請人】霍勇賢