CN212033980U - 一种三极交流磁悬浮直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三极交流磁悬浮直线电机，包括定子（1）、动子（2），其特征在于：所述定子（1）包括三个结构相同的定子铁心（6），定子铁心（6）之间通过三个导磁材料制成的连接体（11）固定，本实用新型不但有效解决了传统电机增加变换机构，不能满足性能需求的问题，而且有效解决了传统直线电机定子与动子自己存在摩擦问题，并且无永磁体，热稳定性好，造价低。

Description

一种三极交流磁悬浮直线电机

技术领域

本实用新型涉及电机制造技术领域，具体涉及一种摩擦、磨损，控制简单，运行可靠，带负载能力强，响应速度快，结构紧凑，功耗低，能够产生稳定径向悬浮力的恒流源励磁的三极交流磁悬浮直线电机。

背景技术

随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对直线运动控制***的定位精度提出了更高要求，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，造成传动***体积庞大，存在摩擦噪声与传动损耗，传动效率低，传动机构易损坏，这些缺点导致传动直线电机已经难以满足现代直线控制***的性能需求。

而磁悬浮直线电机是利用磁悬浮技术实现动子悬浮无接触支承，动子和定子之间始终保持一定的气隙，消除了定子和动子之间的摩擦阻力，大大提高***的灵敏度、快速性和随动性。且实现了磁悬浮直线电机无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所有故障少，免维护，工作安全可靠、寿命长。

磁悬浮直线电机中常采用永磁体产生偏置磁通，悬浮绕组产生悬浮控制磁通，两者相互作用产生悬浮力。但是，高温与振动环境下的永磁体退磁难题，导致其工业应用领域受到限制。因此，实用新型一种采用恒流源励磁的磁悬浮直线电机对扩展其应用领域具有重要意义。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种恒流源励磁的三极交流磁悬浮直线电机，本实用新型不但有效解决了传统电机增加变换机构，不能满足控制***性能需求的问题，而且有效解决了传统直线电机定子与动子自己存在摩擦问题，且***无永磁体，热稳定性好，造价低。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种三极交流磁悬浮直线电机，包括定子（1）、动子（2），其特征在于：所述定子（1）包括三个结构相同的定子铁心（6），定子铁心（6）之间通过三个非导磁材料制成的连接体（11）固定，所述定子铁心（6）包括悬浮铁心（9）、3个相同弧度的轴向控制铁心（10），悬浮铁心（9）内壁通过隔磁铝环（8）与3个轴向控制铁心（10）外壁固定一体，悬浮铁心（9）内壁沿圆周向等角度设有向内凸出的3个定子悬浮齿（13），其上沿径向依次绕制恒流源绕组（14）、悬浮绕组（15），悬浮绕组（15）之间采用三相对称绕组Y型连接方式，每个轴向控制铁心（10）内壁沿圆周向等角度设有向内凸出的3个定子齿（12），其上对应绕制轴向控制绕组（16）；

所述动子（2）包括动子轴（3），动子轴（3）上套接有M个沿轴向排列的动子铁心（4），M个动子铁心（4）圆周向沿径向等角度设置有3个贯穿于动子轴（3）的动子悬浮齿（5），每个动子铁心（4）的周面剩余空间均匀设置有9个动子齿（7）。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述三个定子铁心（6）的定子悬浮齿（13）上绕制的恒流源绕组（14）为并联、或为串联，由直流恒流源供电；所述三个定子铁心（6）的定子悬浮齿（13）上绕制的三相对称绕组之间为并联，由一个三相逆变器供电。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述定子齿（12）与动子齿（7）、定子悬浮齿（13）与动子悬浮齿（5）均对应设置，连接体（11）设置于相邻定子悬浮齿（13）对应的悬浮铁心（9）侧壁之间。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述相邻定子悬浮齿（13）沿圆周向夹角均为120度，之间等角度设置有3个定子齿（12）。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述相邻动子悬浮齿（5）沿圆周向夹角均为120度，之间等角度设置有3个动子齿（7）

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述定子齿（12）与动子齿（7）的宽度和厚度均为设为A，相邻定子铁心（6）之间的间距也为A，相邻动子铁心（4）之间的间距为2A，M与A根据轴向运动总距离与每次轴向运动距离任意设定，M为大于3的自然数。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述定子（1）、与动子（2）均为同轴线的空心圆柱形结构，动子（2）位于定子（1）的内部。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述定子（1）、动子（2）均由导磁材料制成

本实用新型与现有技术相比，具有以下明显优点：

一、本实用新型在定子悬浮齿上分别设置有恒流源绕组和悬浮绕组，两者通电相互作用产生径向悬浮力；实现了动子无接触悬浮支撑，大大提高***的灵敏度、快速性和随动性，机械摩擦损耗几乎为零，故障少，免维护，工作安全可靠、寿命长。

二、本实用新型在动子铁心的上设有连为整体的3个长条状动子悬浮齿，能够在动子做直线运动的同时产生稳定可靠的径向悬浮力。

三、本实用新型采用隔磁铝块将悬浮铁心与轴向控制铁心隔开，直线运动控制与悬浮控制之间无耦合、独立控制，控制简单、可靠。

四、本实用新型悬浮绕组由一个三相逆变器供电就可控制径向两自由度稳定悬浮，***体积小，造价低。

附图说明

图1为本实用新型侧视图；

图2为本实用新型正视图；

图3为本实用新型恒流源励磁磁场分布图；

图4为本实用新型X方向悬浮力时的悬浮绕组磁场分布图。

具体实施方式

本实用新型基于的原理是：

悬浮原理：左侧定子铁芯6的定子悬浮齿13上的恒流源绕组14与右侧定子铁芯6的定子悬浮齿13上的恒流源绕组14同向并联或串联，而与中间定子铁芯6的定子悬浮齿13上的恒流源绕组14反向并联或串联后由一个恒流源通电，形成的励磁磁场如图3。左侧与右侧定子铁心6上的三相对称悬浮绕组15同向并联后与中间定子铁心6上的三相对称悬浮绕组15反向并联后由一个逆变器供电，逆变器根据设置在定子1上的位移传感器检测出的动子2的X、Y方向偏移量，调节三相对称悬浮绕组15中的电流，产生一个单极磁通，与励磁磁通相互作用，导致与动子2偏移方向相同的气隙磁场减弱，而相反方向气隙磁场增强，产生指向与动子偏移方向相反的悬浮力将动子2拉回平衡位置。图4所示的是产生X方向悬浮力时候的三个铁心悬浮磁通分布情况。

直线运动原理：在起始位置时，第M个动子铁心4与左侧定子铁心6正对齐，那么中间定子铁心6右侧与第M+1个定子铁心6左侧对齐，此时，左侧定子铁心6中的轴向控制绕组16断电，而中间的定子铁心6中的轴向控制绕组16通电，动子2将向左移动A，继续将中间的定子铁心6中的轴向控制绕组16断电，而将右侧的定子铁心6中的轴向控制绕组16通电，动子2将继续向左运动A，重复上述过程，动子2将连续不断的向左运动；如需向右运动，则变换轴向控制绕组16的通电顺序即可实现。如需精确定位，只需设计好齿距即可，如果动子2较长，可由多个定子铁心6一起配合使用，用于支撑动子2稳定悬浮。

下面通过具体实施方式结合附图1-4对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型包括定子1和动子2，动子2包括动子轴3，M个沿轴向排列的动子铁心4套接在动子轴3的周面上，M个动子铁心X、X+120˚、X−120˚方向上分别设置有连为一体，且延伸整个动子轴长的3个动子悬浮齿5，每个动子铁心4其余周面上均布有9个动子齿7；所述定子1包括三个定子铁心6，所述定子铁心6为与动子2同轴线的空心圆柱形结构，动子2位于定子铁心6的内圈。所述定子铁心6为由3个隔磁铝块8将悬浮铁心9与轴向控制铁心10相连接的整体，轴向控制铁心10内设置有与动子齿7相对应的定子齿12，其上绕制轴向控制绕组16，悬浮铁心9上设置有定子悬浮齿13，其上绕制三相对称悬浮绕组15与恒流源绕组14。定子齿12的宽度和厚度以及动子齿7的宽度和厚度均为A，相邻定子铁心6之间的间距为A，相邻动子铁心4之间的间距为2A。

本实施例中，所述M为自然数且M>3，动子铁心4的数量远远多于定子铁心6的数量，动子铁心6的数量取决于电机轴向长度，当动子铁心4很长时，可以采用两个以上的定子1一起使用。定子齿12与动子齿7一一对应，磁路不饱和。

悬浮控制磁路和直线运动控制磁路相互隔离，悬浮控制磁通和励磁磁通仅经过X、X+120˚、X−120˚方向的定子悬浮齿和动子悬浮齿形成闭合回路，对轴向直线运动无影响，控制简单。

M个动子铁心4在X、X+120˚、X−120˚方向上设置有连为一体，且延伸整个动子轴长的动子悬浮齿13，保证在动子2做直线运动的同时产生稳定可靠的径向悬浮力。

定子1、动子2均由导磁材料制成。

三个定子铁心6中的定子悬浮齿13上绕制的恒流源绕组14可串联或并联后，由一个恒流源供电，同一定子铁心6上的三相对称悬浮绕组15为星型，三个定子铁心6上的三相对称悬浮绕组15为并联，由一个三相逆变器供电。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种三极交流磁悬浮直线电机，包括定子（1）、动子（2），其特征在于：所述定子（1）包括三个结构相同的定子铁心（6），定子铁心（6）之间通过三个导磁材料制成的连接体（11）固定，所述定子铁心（6）包括悬浮铁心（9）、3个相同弧度的轴向控制铁心（10），悬浮铁心（9）内壁通过隔磁铝环（8）与3个轴向控制铁心（10）外壁固定一体，悬浮铁心（9）内壁沿圆周向等角度设有向内凸出的3个定子悬浮齿（13），其上沿径向依次绕制恒流源绕组（14）、悬浮绕组（15），悬浮绕组（15）之间采用三相对称绕组Y型连接方式，每个轴向控制铁心（10）内壁沿圆周向等角度设有向内凸出的3个定子齿（12），其上对应绕制轴向控制绕组（16）；

所述动子（2）包括动子轴（3），动子轴（3）上套接有M个沿轴向排列的动子铁心（4），M个动子铁心（4）圆周向沿径向等角度设置有3个贯穿于动子轴（3）的动子悬浮齿（5），每个动子铁心（4）的周面剩余空间均匀设置有9个动子齿（7）；

所述定子铁心（6）为与动子（2）同轴线的空心圆柱形结构，动子（2）位于定子铁心（6）的内圈。

2.根据权利要求1所述的一种三极交流磁悬浮直线电机，其特征在于：所述三个定子铁心（6）的定子悬浮齿（13）上绕制的恒流源绕组（14）为并联、或为串联，由直流恒流源供电；所述三个定子铁心（6）的定子悬浮齿（13）上绕制的三相对称绕组之间为串联或为并联，由一个三相逆变器供电。

3.根据权利要求1或2所述的一种三极交流磁悬浮直线电机，其特征在于：所述定子齿（12）与动子齿（7）、定子悬浮齿（13）与动子悬浮齿（5）均对应设置。

4.根据权利要求1或2所述的一种三极交流磁悬浮直线电机，其特征在于：所述相邻定子悬浮齿（13）沿圆周向夹角均为120度，之间等角度设置有3个定子齿（12）。

5.根据权利要求1或2所述的一种三极交流磁悬浮直线电机，其特征在于：所述相邻动子悬浮齿（5）沿圆周向夹角均为120度，之间等角度设置有3个动子齿（7）。

6.根据权利要求1或2所述的一种三极交流磁悬浮直线电机，其特征在于：所述定子齿（12）与动子齿（7）的宽度和厚度均为设为A，相邻定子铁心（6）之间的间距也为A，相邻动子铁心（4）之间的间距为2A，M与A根据轴向运动总距离与每次轴向运动距离任意设定，M为大于3的自然数。

7.根据权利要求1或2所述的一种三极交流磁悬浮直线电机，其特征在于：所述定子（1）、与动子（2）均为同轴线的空心圆柱形结构，动子（2）位于定子（1）的内部。

8.根据权利要求1或2所述的一种三极交流磁悬浮直线电机，其特征在于：所述定子（1）、动子（2）均由导磁材料制成。

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