CN111224530A - 一种具有双边不对称v型磁极的永磁同步直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双边不对称V型磁极的永磁同步直线电机，该电机的平板形次级由轭板和双边磁极组成，其中每个磁极由多段永磁体构成V型，处于镜像对称位置的V型磁极段的倾斜方向不同，即V口朝向不同，形成双边不对称状态，但处在镜像对称位置的V型磁极段的倾斜角和边长相等；初级电枢由铁心和绕组组成，镜像对称位置的双边绕组电流方向相反，与双边磁极形成串联磁路，并相互作用产生同向电磁推力。本发明不对称的V型斜极具有多种组合形态，在减小电机推力波动同时，又保证电磁推力不会出现大幅降落，从而实现良好的推力特性。

Description

一种具有双边不对称V型磁极的永磁同步直线电机

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及到一种具有双边不对称V型磁极的永磁同步直线电机。

背景技术

相比单边的平板形直线电机，双边的直线电机具有更高的推力密度，在自动化运输线，加工线及电磁发射等领域获得广泛的关注。永磁直线同步电机的电磁力波动问题一直是其拓展应用的瓶颈，抑制电机的电磁力波动成为此类电机研究中的热点。采用倾斜永磁体的方式易于实施，成为最有效且应用广泛的方法之一，如图7a所示。但永磁体具有一定的倾斜角之后，不仅削弱了电磁力中的谐波，电磁力的基波幅值也相应地被削弱，影响电机的推力密度，因此近些年V型斜极方法被提出来以改善上述问题。将每个磁极的永磁体分段，分别倾斜一定的角度，构成V型，如图7b所示。V型磁极的每段永磁体的空间位置不同，进而形成相位差来实现谐波电磁力的削弱。

在双边永磁直线同步电机中，除了斜极方法外，将对称的磁极或电枢错位一定的距离，使电机两侧产生的推力波动相互抵消，也可以有效地降低电机的推力波动。但这种方法与前面所述的斜极或V型斜极方法一样，抑制推力波动的同时会造成电磁推力的大幅下降。

发明内容

本发明的目的是为了解决双边永磁直线同步电机中采用斜极或错极方法抑制推力波动时，造成电磁推力平均值较大幅度下降的问题，而提出的一种具有双边不对称V型磁极的永磁直线同步电机，以期利用V型磁极和双边错位的效果，在减小电机推力波动同时，又保证电磁推力不会出现大幅降落，从而实现良好的推力特性。

本发明为达到上述发明目的采用如下技术方案：

本发明一种具有双边不对称V型磁极的永磁同步直线电机，由次级、初级电枢以及所述初级电枢和次级之间的气隙构成，双边的次级位于两侧，所述初级电枢位于中间，其特点在于：

设置所述次级由平板形轭板和平行排列的双边磁极组成；双边磁极中每一边磁极的极性均为N、S交替排列；双边磁极中的每一边磁极由多段永磁体构成V型结构，且V型结构的每一边磁极的各段永磁体的充磁方向相同，并垂直于所述平板形轭板平面；

设置双边磁极在空间位置上为镜像对称，且处于镜像对称位置上的各段永磁体的倾斜方向相反，形成双边磁极的V口朝向相反的不对称状态；

令处于镜像对称位置上的双边磁极的极性相同，其所面向的初级电枢绕组中的电流方向相反，形成并联磁路结构；

所述平板形轭板采用高导磁材料，并设置有浅槽，用于放置每个V型磁极的各段永磁体；

所述次级平板形轭板和双边磁极采用环氧树脂胶进行整体的灌封，以防止各段永磁体脱落。

本发明所述的具有双边不对称V型磁极的永磁同步直线电机的特点在于：所述双边磁极中每一边磁极的第一段永磁体和第二段永磁体呈平行四边形，且斜极角度α的取值范围为0<α≤2pπ/Z，其中，p是初级电枢与次级耦合长度内的极对数，Z是初级电枢与次级耦合长度内的槽数。

在双边的V型磁极中，处于镜像对称位置上的各段永磁体的斜极角度相等、对应边长也相等。

每个V型磁极为两段永磁体组合，或为三段永磁体组合；

所述的三段永磁体组合形成的V型磁极中，中间磁极段为正方形或矩形。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明基于电磁力基波与谐波的特性，通过在电机次级中设置双边不对称的V型磁极，令电机的定位力和推力波动得到有效抑制，同时又维持较高的电磁力基波幅值，从而使得电机获得良好的推力特性。

2、本发明双边不对称的V型磁极具有多种组合形态，可根据***的推力性能指标要求来选择合理的次级方案，设计自由度大。另外，V型双边磁极中的每段永磁体充磁方向一致，易于加工实现，工艺难度低，便于批量和自动化生产。

附图说明

图1是本发明的电机结构示意图；

图2是本发明的双边次级永磁体的充磁方向、初级电枢的电流方向及形成的磁路示意图；

图3是本发明的双边不对称的V型磁极的第二种组合形态；

图4是本发明的双边不对称的V型磁极的第三种组合形态；

图5是本发明的双边不对称的V型磁极的第四种组合形态；

图6是本发明的电机次级和初级的另一种组合方式；

图7a是现有技术中对称的双边斜极示意图；

图7b是现有技术中对称的双边V型磁极示意图；

图中标号：1平板形轭板；2双边磁极；3初级电枢绕组；4初级电枢铁心；5第一段永磁体；6第二段永磁体；7中间磁极段，8并联磁路结构。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

实施例1：如图1所示，一种具有双边不对称V型磁极的永磁同步直线电机，由次级、初级电枢以及初级电枢和次级之间的气隙构成；双边的次级位于两侧，初级电枢位于中间；

设置次级由平板形轭板1和平行排列的双边磁极2组成，双边磁极2中每一边磁极的极性都为N、S交替排列。双边磁极2中每一边磁极由多段永磁体构成V型结构，且V型结构的每一边磁极的各段永磁体的充磁方向相同，并垂直于平板形轭板平面。

设置双边磁极2在空间位置上为镜像对称，且处于镜像对称位置上的各段永磁体的倾斜方向相反，形成双边磁极的V口朝向相反的不对称状态；

平板形轭板1采用高导磁材料，并设置有浅槽，用于放置每个V型磁极的各段永磁体；各段沿横向方向***浅槽内，并通过强力胶粘贴固定。

平板形轭板1和双边磁极2装配完成后采用环氧树脂胶进行整体灌封，以保证具有足够的承受外力冲击的机械强度，防止各段永磁体脱落。

如图1所示，每个磁极由两段永磁体构成，分别倾斜一定的角度，构成V型磁极。第一段永磁体5和第二段永磁体6的充磁方向相同。每段永磁体呈平行四边形，其倾斜角度相等(α₁＝α₃，α₂＝α₄)，以及斜边长相等(L₁＝L₃，L₂＝L₄)。斜极角度的取值范围为0<α≤2pπ/Z，其中，p是初级电枢和次级耦合长度内的极对数，Z是初级电枢和次级耦合长度内的槽数。

在双边不对称的V型磁极中，处于镜像对称位置的磁极段的倾斜角满足条件α₁＝α₂，α₃＝α₄，且磁极段的对应边长相等，L₁＝L₂，L₃＝L₄，L₅＝L₆。

本发明的基本工作原理是：处于镜像对称位置的双边不对称的V型磁极的充磁方向相同，磁极所面对的双边电枢绕组3中的电流方向相反，如图2所示，形成并联磁路结构8，以产生同向的电磁推力。在V型磁极中，各段永磁体的空间位置不同，与通电的电枢绕组3作用产生的电磁力在叠加时，利用空间布置不同而形成的具有相位差的谐波电磁力分量，各分量进行叠加后相互减弱。同时，由于双边V型磁极的倾斜方向不同，单边磁极形成的推力波形与另一边磁极产生的波峰和波谷的位置不同，通过合理的设计可以实现错位补偿，这样电磁力高次谐波成分被抑制，而基波成分不会出现大幅降落。

如图1所示，电机初级的长度大于次级，此时双边的次级作为运动部件，初级电枢是固定的。本发明也采用的次级长度大于初级的方案，此时初级电枢作为运动部件，双边的次级是固定的。

实施例2：如图3所示，与实施例1不同之处在于，在每个V型磁极中，呈平行四边形的第一段永磁体5和第二段永磁体6的倾斜角度不相等，α₁≠α₃，α₂≠α₄，各角度的取值范围与实施方式一相同；V型磁极的第一段永磁体5和第二段永磁体6的斜边长不相等L₁≠L₃，L₂≠L₄，宽度方向的边长仍满足L₅＝L₆。

实施例3：如图4所示，与实施例1不同之处在于，每个V型磁极由三段永磁体组成，每段永磁体的充磁方向一致，但倾斜角度不同。中间段永磁体7无倾斜角度，第一段永磁体5和第二段永磁体6的倾斜角度需满足：α₁＝α₃＝α₂＝α₄。第一段永磁体5和第二段永磁体6的各边长满足L₁＝L₂＝L₃＝L₄，L₆＝L₇。

实施例4：如图5所示，与实施例3不同之处在于，构成V型磁极的三段永磁体的倾斜角度都不相等，即α₁≠α₃，α₂≠α₄，中间段永磁体7无倾斜角度，但镜像对称位置的双边磁极段的倾斜角度相等，α₁＝α₂，α₃＝α₄。平行四边形永磁体段的各边长满足L₁≠L₃，L₂≠L₄，L₁＝L₂，L₃＝L₄，L₆＝L₇。

实施例5：如图6所示，与实施例1不同之处在于，双边不对称的V型磁极共用一块平板形轭板1，位于电机中心，而初级电枢铁心4和电枢绕组3分成两组，位于两侧。处于镜像对称位置的永磁体的极性相同，其所对应的初级电枢绕组的电流相反，构成并联磁路结构8。相对比实施例1中的结构，本结构中的次级质量轻惯量小，动态性能更好。

Claims (4)

1.一种具有双边不对称V型磁极的永磁同步直线电机，由次级、初级电枢以及所述初级电枢和次级之间的气隙构成，双边的次级位于两侧，所述初级电枢位于中间，其特征在于：

设置所述次级由平板形轭板(1)和平行排列的双边磁极(2)组成；双边磁极(2)中每一边磁极的极性均为N、S交替排列；双边磁极(2)中的每一边磁极由多段永磁体构成V型结构，且V型结构的每一边磁极的各段永磁体的充磁方向相同，并垂直于所述平板形轭板平面；

设置双边磁极(2)在空间位置上为镜像对称，且处于镜像对称位置上的各段永磁体的倾斜方向相反，形成双边磁极(2)的V口朝向相反的不对称状态；

令处于镜像对称位置上的双边磁极(2)的极性相同，其所面向的初级电枢绕组(3)中的电流方向相反，形成并联磁路结构(8)；

所述平板形轭板(1)采用高导磁材料，并设置有浅槽，用于放置每个V型磁极的各段永磁体；

所述次级平板形轭板(1)和双边磁极(2)采用环氧树脂胶进行整体的灌封，以防止各段永磁体脱落。

2.根据权利要求1所述的具有双边不对称V型磁极的永磁同步直线电机，其特征在于：所述双边磁极(2)中每一边磁极的第一段永磁体(5)和第二段永磁体(6)呈平行四边形，且斜极角度α的取值范围为0<α≤2pπ/Z，其中，p是初级电枢与次级耦合长度内的极对数，Z是初级电枢与次级耦合长度内的槽数。

3.根据权利要求1所述的具有双边不对称V型磁极的永磁同步直线电机，其特征在于：在双边的V型磁极中，处于镜像对称位置上的各段永磁体的斜极角度相等、对应边长也相等。

4.根据权利要求1所述的具有双边不对称V型磁极的永磁同步直线电机，其特征在于：每个V型磁极为两段永磁体组合，或为三段永磁体组合；

所述的三段永磁体组合形成的V型磁极中，中间磁极段(7)为正方形或矩形。

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