CN101741214A - 内置永磁体双边平板型直线电机 - Google Patents

Abstract

内置永磁体双边平板型直线电机，属于电机技术领域，它解决了现有表贴永磁体双边平板型永磁直线电机存在的气隙磁密小及推力密度小的问题。它的次级包括两个平板形励磁部件，初级位于次级的两个平板形励磁部件的中间，每个次级铁心上在气隙侧设置多对槽，每个永磁体与所在槽紧密配合，每对槽内的两个永磁体及其中间的铁芯形成一个磁极；在平板形励磁部件纵向截面上，每个槽的截面为平行四边形，每对槽中的两个槽的槽底相邻并形成V型，每对槽中的两个槽相邻的两个边之间的夹角θ的范围是30°≤θ≤150°；每个永磁体的充磁方向与平行四边形的斜边垂直，每个磁极中的两个永磁体的充磁方向相向或相背，相邻的两个磁极的极性相反。本发明为一种直线电机。

Description

内置永磁体双边平板型直线电机

技术领域

本发明涉及一种内置永磁体双边平板型直线电机，属于电机技术领域。

背景技术

传统的直线运动多采用旋转电机经同步带、减速齿轮、滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动来实现，由于其复杂的中间传动机构，存在间隙及非线性误差等，使电机的控制精度受限，并且电机磨损和噪音大。现在，基于直线电机的直接传动技术，使直线运动的实现不必再经过复杂的传动机构进行转化，已广泛应用于机床、电梯等直线运动场合，并且其应用领域正逐渐扩大到生产及生活的各领域。双边平板型直线电机因其结构简单、力能指标较高，而越来越广的应用在直线运动场合。现有的表贴永磁体双边平板型永磁直线电机结构如图4所示，永磁体表贴在导磁的铁心表面，这使相电机的气隙增大，造成电机的气隙磁密小，进而使电机的推力密度小。

发明内容

本发明的目的是提供一种内置永磁体双边平板型直线电机，它解决了现有表贴永磁体双边平板型永磁直线电机存在的气隙磁密小及推力密度小的问题。

本发明包括初级和次级，次级包括两个平板形励磁部件，初级位于次级的两个平板形励磁部件的中间，每个平板形励磁部件的内侧表面与初级的一侧外表面之间为气隙；所述两个平板形励磁部件的结构镜像对称；

每个平板形励磁部件由次级铁心和多个永磁体组成，每个次级铁心上在气隙侧设置多对槽，每个槽内有一个永磁体，并且所述永磁体与所在槽紧密配合，每对槽内的两个永磁体及其中间的铁芯形成一个磁极；

在平板形励磁部件的纵向截面上，每个槽的截面为平行四边形，每对槽中的两个槽的槽底相邻并形成V型，每对槽中的两个槽相邻的两个边之间的夹角θ的范围是30°≤θ≤150°；

每个永磁体的充磁方向与所在槽的平行四边形截面的斜边垂直，每个磁极中的两个永磁体的充磁方向相向或相背，相邻的两个磁极的极性相反。

本发明的优点是：

本发明将永磁体内嵌在次级铁心上，提高了气隙磁密，有利于利用磁阻力矩，进而提高电机的推力密度；嵌放进次级铁心上的永磁体的结构使得永磁体有效长度增加，增加了永磁体发出的磁通的有效面积，同时提高了电机气隙的磁密，与现有结构的小气隙磁密相比提高了电机的推力；此外，将永磁体改为内嵌式结构，减小了电机的直轴电抗，增加了电机的最大转矩输出能力。以上共同作用的结果，使得电机的最大功率密度得以提高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；图2为次级上一对极下永磁体的充磁方向示意图；图3为实施方式六所述的内置永磁体双边平板型直线电机的结构示意图；图4为现有的表贴永磁体双边平板型直线电机结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式包括初级1和次级2，次级2包括两个平板形励磁部件，初级1位于次级2的两个平板形励磁部件的中间，每个平板形励磁部件的内侧表面与初级1的一侧外表面之间为气隙3；所述两个平板形励磁部件的结构镜像对称；

每个平板形励磁部件由次级铁心2-1和多个永磁体2-2组成，每个次级铁心2-1上在气隙3侧设置多对槽，每个槽内有一个永磁体2-2，并且所述永磁体2-2与所在槽紧密配合，每对槽内的两个永磁体及其中间的铁芯形成一个磁极；

在平板形励磁部件的纵向截面上，每个槽的截面为平行四边形，每对槽中的两个槽的槽底相邻并形成V型，每对槽中的两个槽相邻的两个边之间的夹角θ 的范围是30°≤θ≤150°；

每个永磁体2-2的充磁方向与所在槽的平行四边形截面的斜边垂直，每个磁极中的两个永磁体的充磁方向相向或相背，相邻的两个磁极的极性相反。

本发明电机的初级1为运动部件，两个平板形励磁部件分别在初级1的两侧，与初级1形成两个独立的气隙，永磁体2-2内置在次级铁心2-1上的槽内，每个平板形励磁部件上的一对励磁磁极由相邻的四个永磁体2-2及次级铁心2-1上夹在四个永磁体2-2中间的部分组成。如图2所示，平板形励磁部件上形成一个磁极的一对永磁体2-2之间形成夹角θ，一个平板形励磁部件上的一对励磁磁极由第一永磁体2-2-1、第二永磁体2-2-2、第三永磁体2-2-3和第四永磁体2-2-4提供，这四块永磁体的充磁方向与电机运动方向的夹角分别为360°-θ/2，180°+θ/2，180°-θ/2，θ/2；与此相对的另一个平板形励磁部件上的一对励磁磁极由第五永磁体2-2-5、第六永磁体2-2-6、第七永磁体2-2-7和第八永磁体2-2-8提供，这四块永磁体的充磁方向与电机运动方向的夹角分别为θ/2，180°-θ/2，180°+θ/2，360°-θ/2；所述的两对励磁磁极的极性相反，并且每个平板形励磁部件上相邻磁极的极性相反。

本实施方式中次级铁心2-1的材质采用导磁材料，永磁体2-2内嵌于次级铁心2-1的槽内，永磁体2-2的结构使其发出磁通的面积有效地增加了，形成了聚磁磁路。同时，较之于现有的表贴式电机，永磁体2-2内置在导磁的次级铁心2-1槽内，形成具有凸极效应的电机，有利于充分利用电机的磁阻力矩，提高电机的推力密度和过载能力。

本实施方式中在平板形励磁部件纵向截面上，每个槽为平行四边形，此平行四边形的倾斜角度与使用中电机采用的永磁体厚度、电机转矩波动和机械强度相关；每个平板形励磁部件上永磁体2-2所形成的磁极对数可根据电机的行程长短来确定。

工作原理：

次级铁心2-1上永磁体2-2组成阵列，在气隙3中形成N极与S极交错的磁场形式；而绕组所在的初级1形成的磁场形式依靠于绕组中所通入的电流相序，控制绕组中通入的电流，使得三相绕组在气隙3中产生N极与S极交错的磁场形式，并且比永磁体2-2阵列形成的磁场要超前90度电角度，由此，依靠磁极间的吸引力推动初级运动。产生推力有两种方式，一种为磁极之间的吸引或者排斥力，另一种为由于磁极之间的不对称而产生的磁阻力。本实施方式是通过增加气隙磁密，而充分的利用了磁极之间的吸引力；另外内嵌式永磁体2-2的结构，使得电机具有较大的直轴和交轴的电抗差异，提高了电机运行时的磁阻力，增加了直线运动的功率密度。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述次级铁心2-1上永磁体的背轭2-1-1的材质为非导磁材料。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

本实施方式在永磁体2-2之间的次级铁心部分采用导磁材料，永磁体的背轭2-1-1采用非导磁材料，它可以使永磁体2-2漏磁路磁阻增加，从而增加主磁路的磁通量。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式一或二的不同之处在于次级铁心2-1上永磁体的背轭2-1-1上开有多个空气槽4，每个空气槽4的位置与次级铁心2-1上的一对槽的位置相对应，并且每对槽的对称线与相对应的空气槽4的中心线重合。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。

本实施方式中永磁体的背轭2-1-1上设置多个空气槽4，每个空气槽4通过利用空气的高磁阻特性来增加每对永磁体2-2之间的漏磁阻，以减小漏磁，使电机的气隙磁密增加。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式三的不同之处在于每个空气槽4内填充非导磁物质。其它组成及连接关系与实施方式三相同。

在空气槽4内填加非导磁物质，能起到减小漏磁的作用，同时非导磁材料能够增加电机整体的机械强度，使其在大推力作用下不至于解体。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式一、二、三或四的不同之处在于所述初级1由初级铁心1-1和初级绕组1-2组成，初级铁心1-1的两侧分别设置多个初级齿1-1-1，多个初级齿1-1-1上按相序缠绕初级绕组1-2。其它组成及连接关系与实施方式一、二、三或四相同。

本实施方式中电机的初级1采用齿槽结构，齿槽结构使电机的输出力大，但同时推力波动也会增大。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式与实施方式一、二、三或四的不同之处在于初级1由初级铁心1-1、初级绕组1-2和两个非导磁套1-3组成，初级绕组1-2按照相序排列在初级铁心1-1的两侧，初级铁心1-1两侧的初级绕组1-2分别由一个非导磁套1-3与初级铁心1-1配合夹固。其它组成及连接关系与实施方式一、二、三或四相同。

本实施方式中初级1采用非齿槽结构，此种结构使电机的输出力相对初级1采用齿槽结构的电机输出力小，但是推力平稳。初级1结构需依据具体使用情况而选定。

非导磁套1-3的选取原则是越薄越好，由于非导磁套1-3通常都是导电的，薄的非导磁套1-3产生的涡流损耗相对就减少；但是在使用中薄的非导磁套1-3的强度和可加工性相对较差，因此综合考虑一般将非导磁套1-3的壁厚选为0.2mm左右，考虑到加工条件可以酌情放宽到0.5mm。

Claims (7)

1.一种内置永磁体双边平板型直线电机，它包括初级（1）和次级（2），其特征在于：次级（2）包括两个平板形励磁部件，初级（1）位于次级（2）的两个平板形励磁部件的中间，每个平板形励磁部件的内侧表面与初级（1）的一侧外表面之间为气隙（3）；所述两个平板形励磁部件的结构镜像对称；

每个平板形励磁部件由次级铁心（2-1）和多个永磁体（2-2）组成，每个次级铁心（2-1）上在气隙（3）侧设置多对槽，每个槽内有一个永磁体（2-2），并且所述永磁体（2-2）与所在槽紧密配合，每对槽内的两个永磁体及其中间的铁芯形成一个磁极；

在平板形励磁部件的纵向截面上，每个槽的截面为平行四边形，每对槽中的两个槽的槽底相邻并形成V型，每对槽中的两个槽相邻的两个边之间的夹角θ的范围是30°≤θ≤150°；

每个永磁体（2-2）的充磁方向与所在槽的平行四边形截面的斜边垂直，每个磁极中的两个永磁体的充磁方向相向或相背，相邻的两个磁极的极性相反。

2.根据权利要求1所述的内置永磁体双边平板型直线电机，其特征在于：一个平板形励磁部件上相邻两个磁极中的四个永磁体的充磁方向与所述电机运动方向的夹角依次为：360°-θ/2，180°+θ/2，180°-θ/2，θ/2。

3.根据权利要求1所述的内置永磁体双边平板型直线电机，其特征在于：所述次级铁心（2-1）上永磁体的背轭（2-1-1）的材质为非导磁材料。

4.根据权利要求3所述的内置永磁体双边平板型直线电机，其特征在于：次级铁心（2-1）上永磁体的背轭（2-1-1）上开有多个空气槽（4），每个空气槽（4）的位置与次级铁心（2-1）上的一对槽的位置相对应，并且每对槽的对称线与相对应的空气槽（4）的中心线重合。

5.根据权利要求4所述的内置永磁体双边平板型直线电机，其特征在于：每个空气槽（4）内填充非导磁物质。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的内置永磁体双边平板型直线电机，其特征在于：所述初级（1）由初级铁心（1-1）和初级绕组（1-2）组成，初级铁心（1-1）的两侧分别设置多个初级齿（1-1-1），多个初级齿（1-1-1）上按相序缠绕初级绕组（1-2）。

7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的内置永磁体双边平板型直线电机，其特征在于：初级（1）由初级铁心（1-1）、初级绕组（1-2）和两个非导磁套（1-3）组成，初级绕组（1-2）按照相序排列在初级铁心（1-1）的两侧，初级铁心（1-1）两侧的初级绕组（1-2）分别由一个非导磁套（1-3）与初级铁心（1-1）配合夹固。

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