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CN107493003A - 一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机 - Google Patents

一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机，属电机技术领域。它包括初级组件一、初级组件二和次级组件，初级组件均由多个单元电机组成。永磁体粘贴在轭板的上下两个表面上形成次级组件。初级组件一和初级组件二位于次级组件的两边，并与次级组件形成两个气隙结构。初级组件一和初级组件二在纵向上错开位移为S1＝(2k1+1/3)τ(k1为整数，τ为电机的极距)。初级组件上相邻单元电机之间设置调磁结构，调磁结构的宽度为S2＝(2k2+1/3)τ(k2为整数，τ为电机的极距)。初级铁心上开槽，槽内设置电枢绕组。初级组件一上每个单元电机的三相绕组和初级组件二上每个单元电机的三相绕组绕制顺序和方向不同。该结构利于降低电机的推力波动，同时降低单边磁拉力及其波动。

Description

一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机
技术领域
本发明属电机领域，特别涉及到一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机。
背景技术
双初级永磁同步直线电机，采用两个初级组件和一个次级组件，能充分利用体积空间，具有推力及推力密度大，利于消除单边磁拉力等优点，因此在各种高精度直线运动控制场合具有广泛的应用前景。但是，由于端部效应、齿槽效应和电枢反应的共同影响，使得此类电机存在推力波动大的缺点。为抑制推力波动，一种有效的方法是采用双边错齿结构设计(如图7所示)，该电机上两个初级组件的结构及绕组设置完全一样，但是两个初级组件在横向上错开一定的距离S，该距离通常需依据大量模型的优化设计结果来选取最佳值。这种结构使电机具有类似斜槽的效果，能在一定程度上削弱推力波动。但是其缺点在于，使电机的平均推力下降，同时改变了原来次级组件承受来自上下两个初级组件的单边磁拉力正好完全抵消的特性，因此造成次级组件承受单边磁拉力及其波动增大，从而影响电机装配难度增加，并影响直线电机系统的控制精度。
发明内容
本发明为解决已有双初级永磁同步直线电机推力波动大问题，提出一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机。
本发明的具体技术方案如下：
一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机，它包括初级组件一1、初级组件二2和次级组件3。初级组件一1由铁心轭1-1、铁心齿1-2、电枢绕组1-3和铁心开槽1-4组成，包括单元电机1-5和单元电机1-6。初级组件二2由铁心轭2-1，铁心齿2-2、电枢绕组2-3和铁心开槽2-4组成，包括单元电机2-5和单元电机2-6。次级组件3由永磁体3-1和轭板3-2构成，每一对极下包括四块永磁体，位于轭板3-2两边的永磁体3-1-1和3-1-3的充磁方向相同，永磁体3-1-2和永磁体3-1-4的充磁方向相同，位于轭板同一边的相邻永磁体3-1-1和3-1-2的充磁方向相反。初级组件一1和初级组件二2位于次级组件3的两边，并与次级组件形成气隙4和气隙5结构。初级组件一1和初级组件二2在纵向上错开位移为S1＝(2k1+1/3)τ(τ为电机的极距，k1为任意整数)。
初级组件一1上单元电机1-5和单元电机1-6之间设置调磁结构6-1。单元电机1-5上A相绕组1-3-1，B相绕组1-3-2和C相绕组1-3-3按照A-B-C顺序设置在铁心开槽1-4内。单元电机1-6上A相绕组1-3-1，B相绕组1-3-2和C相绕组1-3-3按照C-A-B顺序设置在铁心开槽1-4内，并且绕组反接。
初级组件二2上单元电机2-5和单元电机2-6之间设置调磁结构6-2。单元电机2-5上A相绕组2-3-1，B相绕组2-3-2和C相绕组2-3-3按照C-A-B顺序设置在铁心开槽1-4内，并且绕组反接。单元电机2-6上A相绕组2-3-1，B相绕组2-3-2和C相绕组2-3-3按照B-C-A顺序设置在铁心开槽2-4内。
本发明的进一步设计在于：
调磁结构6-1和6-2采用导磁材料，并分别与铁心轭1-1和2-1形成一体。
调磁结构6-1包括调磁轭部6-1-1和调磁齿部6-1-2，调磁轭部6-1-1的宽度为S2＝(2k2+1/3)τ(k2为整数，τ为电机的极距)，调磁齿部6-1-2的宽度S3≤S2，调磁齿部6-1-2的高度h1≤h(h1可为0)，h为单元电机铁心齿1-2和2-2的高度。调磁结构6-2与调磁结构6-1完全相同。
本发明的优点是：
(1)通过双边错开位移S1＝(2k1+1/3)τ(τ为电机的极距，k1为整数)和单元电机设置调磁结构S2＝(2k2+1/3)τ(k2为整数，τ为电机的极距)的设计，以及上下初级组件上三相绕组顺序和绕组绕制方向的调整，一方面使上下两个初级组件上同相绕组的电角度完全相同，从而不影响输出推力均值；另一方面调节端部磁场分布，使两个初级组件上各相绕组与端部的相对位置不同，从而调节端部效应对三相绕组不对称性的影响，最终达到抑制推力波动，利于提高控制系统性能的效果。
(2)传统的双边错齿电机(如图7所示)，其原理是类似斜极斜槽原理，双边错开一定距离的设计，虽然能抑制推力波动，但是会导致推力均值下降和单边磁拉力增大。本结构与之不同，电机的推力均值不会下降，且理论上次级上承受的单边磁拉力为0。
附图说明
图1为实施方式一单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机。
图2为实施方式一初级组件一的结构示意图。
图3为实施方式一初级组件二的结构示意图。
图4为次级组件的结构示意图。
图5为次级组件上一对极的结构示意图。
图6为调磁结构示意图。
图7为传统双边错齿永磁同步直线电机结构示意图。
图中，1：初级组件一；2：初级组件二；3：次级组件；4：气隙；5：气隙；1-1：初级组件一上铁心轭；1-2：初级组件一上铁心齿；1-3：初级组件一上电枢绕组；1-4：初级组件一上铁心开槽；1-5：初级组件一上单元电机一；1-6：初级组件一上单元电机二；2-1：初级组件二上铁心轭；2-2：初级组件二上铁心齿；2-3：初级组件二上电枢绕组；2-4：初级组件二上铁心开槽；2-5：初级组件二上单元电机一；2-6：初级组件二上单元电机二；3-1：永磁体；3-2：轭板；1-3-1：初级组件一上A相绕组；1-3-2：初级组件一上B相绕组；1-3-3：初级组件一上C相绕组；2-3-1：初级组件二上A相绕组；2-3-2：初级组件二上B相绕组；2-3-3：初级组件二上C相绕组；3-1-1：永磁体；3-1-2：永磁体；3-1-3：永磁体；3-1-4：永磁体；6-1：调磁结构；6-2：调磁结构；6-1-1：调磁轭；6-1-2：调磁齿
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明
实施方式一：
如图1、2、3、4、5、6所示，本实施例为一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机，其极槽配合为16极18槽结构。单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机，它包括初级组件一1、初级组件二2和次级组件3。初级组件一1由铁心轭1-1、铁心齿1-2、电枢绕组1-3和铁心开槽1-4组成，包括单元电机1-5和单元电机1-6。初级组件二2由铁心轭2-1，铁心齿2-2、电枢绕组2-3和铁心开槽2-4组成，包括单元电机2-5和单元电机2-6。次级组件3由永磁体3-1和轭板3-2构成，每一对极下包括四块永磁体，位于轭板3-2两边的永磁体3-1-1和3-1-3的充磁方向相同，永磁体3-1-2和永磁体3-1-4的充磁方向相同，位于轭板同一边的相邻永磁体3-1-1和3-1-2的充磁方向相反。初级组件一1和初级组件二2位于次级组件3的两边，并与次级组件形成气隙4和气隙5结构。永磁体发出的磁通，经初级组件1、初级组件2、次级组件3及气隙4和气隙5形成串联磁路。
初级组件一1和初级组件二2在纵向上错开位移为S1＝τ/3(τ为电机的极距)，即错开60°电角度。
初级组件一1上，单元电机1-5和单元电机1-6之间设置调磁结构6-1。绕组采用集中绕组结构，第一个槽为半填槽。单元电机一1-5上A相绕组1-3-1设置在第1-第4个槽内，B相绕组1-3-2设置在第4-第7个槽内，C相绕组1-3-3设置在第7-第10个槽内。单元电机二1-6上A相绕组1-3-1设置在第13-第16个槽内，B相绕组1-3-2设置在第16-第19个槽内，C相绕组1-3-3设置在第10-第13个槽内，并且绕组反接。
初级组件二2上，单元电机2-5和单元电机2-6之间设置调磁结构6-2。绕组采用集中绕组结构，第一个槽为半填槽。单元电机一2-5上A相绕组2-3-1设置在第4-第7个槽内，B相绕组2-3-2设置在第7-第10个槽内，C相绕组2-3-3设置在第1-第4个槽内，并且绕组反接。单元电机二2-6上A相绕组2-3-1设置在第16-第19个槽内，B相绕组2-3-2设置在第10-第13个槽内，C相绕组2-3-3设置在第13-第16个槽内。
调磁结构6-1和6-2采用导磁材料，并分别与铁心轭1-1和2-1形成一体。
调磁结构6-1包括调磁轭部6-1-1和调磁齿部6-1-2，调磁轭部6-1-1的宽度为S2＝τ/3(τ为电机的极距)，调磁齿部6-1-2的宽度S3≤S2，调磁齿部6-1-2的高度h1≤h(h1可为0)，h为单元电机铁心齿1-2和2-2的高度。调磁结构6-2与调磁结构6-1完全相同。
该结构抑制推力波动的原理为：通过双边错齿结构和单元电机模块化，调节初级组件端部磁场分布；通过初级组件一1和初级组件二2上绕组位置和绕制方向的不同设置，一方面确保同相位绕组的相角相同，另一方面使各相绕组与端部的相位位置不同，使初级组件一1的端部效应和初级组件二2的端部效应对各相绕组的影响相互削弱，从而改善直线电机三相绕组不对称现象。综合这两方面作用，最终起到抑制推力波动的效果。

Claims (5)

1.一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机，它包括初级组件一1、初级组件二2和次级组件3。初级组件一1由铁心轭1-1、铁心齿1-2、电枢绕组1-3和铁心开槽1-4组成，包括单元电机1-5和单元电机1-6。初级组件二2由铁心轭2-1，铁心齿2-2、电枢绕组2-3和铁心开槽2-4组成，包括单元电机2-5和单元电机2-6。次级组件3由永磁体3-1和轭板3-2构成，每一对极下包括四块永磁体，位于轭板3-2两边的永磁体3-1-1和3-1-3的充磁方向相同，永磁体3-1-2和永磁体3-1-4的充磁方向相同，位于轭板同一边的相邻永磁体3-1-1和3-1-2的充磁方向相反。初级组件一1和初级组件二2位于次级组件3的两边，并与次级组件形成气隙4和气隙5结构。初级组件一1和初级组件二2在纵向上错开位移为S1＝(2k1+1/3)τ(τ为电机的极距，k1为整数)。
2.根据权利要求1所述的一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机，其特征在于：初级组件一1上单元电机1-5和单元电机1-6之间设置调磁结构6-1。单元电机1-5上A相绕组1-3-1，B相绕组1-3-2和C相绕组1-3-3按照A-B-C顺序设置在铁心开槽1-4内。单元电机1-6上A相绕组1-3-1，B相绕组1-3-2和C相绕组1-3-3按照C-A-B顺序设置在铁心开槽1-4内，并且绕组反接。
3.根据权利要求1所述的一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机，其特征在于：初级组件二2上单元电机2-5和单元电机2-6之间设置调磁结构6-2。单元电机2-5上A相绕组2-3-1，B相绕组2-3-2和C相绕组2-3-3按照C-A-B顺序设置在铁心开槽1-4内，并且绕组反接。单元电机2-6上A相绕组2-3-1，B相绕组2-3-2和C相绕组2-3-3按照B-C-A顺序设置在铁心开槽2-4内。
4.根据权利要求2和3所述的一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机，其特征在于：调磁结构6-1和6-2采用导磁材料，并分别与铁心轭1-1和2-1形成一体。
5.根据权利要求2和3所述的一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机，其特征在于：调磁结构6-1包括调磁轭部6-1-1和调磁齿部6-1-2，调磁轭部6-1-1的宽度为S2＝(2k2+1/3)τ(k2为整数，τ为电机的极距)，调磁齿部6-1-2的宽度S3≤S2，调磁齿部6-1-2的高度h1≤h(h1可为0)，h为单元电机铁心齿1-2和2-2的高度。调磁结构6-2与调磁结构6-1完全相同。
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Patentee before: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics