CN200973056Y - 磁导调制式永磁直线同步电机 - Google Patents
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Abstract
一种磁导调制式永磁直线同步电机，属于电机技术领域。其结构包括初级铁心、初级绕组、定子轭、永磁体、直线导轨、机床工作台，若干块永磁体平行放置于在定子轭上，对应永磁体上方置有电机初级，初级绕组嵌入在初级铁心的槽中，初级铁心固定在机床工作台的下面，机床工作台通过直线导轨与定子轭固定连接；初级铁心为平行齿结构，初级绕组为单齿集中成型线圈，即单槽跨距，单相集中相带形式。本实用新型结构紧凑，便于机床结构安装；单齿成型线圈有最短的绕组端部，绕组端部发热最少，绕组效率最高，整机效率也有所提高，节能效果良好，有利于提高电机的推力密度；定位精度提高，稳态速降小，动态响应快，抗扰动能力强。
Description
技术领域
本实用新型属于电机技术领域，特别是涉及一种磁导调制式永磁直线同步电机。
背景技术
由于永磁直线电机纵向端部效应的影响最大，它会增加直线电动机的附加损耗，降低直线电动机的效率，特别会引起直线电机的推力波动。推力波动是影响直线电机应用的主要原因之一，因为推力波动会产生机械振动和噪声，在低速运行时还可能引起共振，还会严重恶化伺服性能，例如定位精度等。专利号为03210231.3的专利公开了一种数控机床用永磁式直线电机，其结构是：包括机床工作台，其设置于直线电机的上方；电机底座；设置于电机底座上的软铁底板；设置于软铁底板上的次级磁材料；与次级磁材料相对设置于工作台下方的初级磁材料，两个磁材料中间形成气隙；初级与次级磁材料之间靠直线滚动导轨相连；进行定位用的位置检测装置及电机控制系统。现有的技术虽在一定程度上提高了运行平稳度及精度，但均未能显著、有效地解决直线电机端部效应引起的推力波动问题。
实用新型内容
为了解决上述存在的问题，本实用新型从磁路设计的角度以磁导调制法和分数槽绕组方案综合应用于永磁直线电机设计中，有效的削弱了永磁直线同步电机的端部效应，减小由其引起的推力波动。
本实用新型包括初级铁心、初级绕组、定子轭、永磁体、直线导轨、机床工作台，若干块永磁体平行放置于在定子轭上，对应永磁体上方置有电机初级，初级绕组嵌入在初级铁心的槽中，初级铁心固定在机床工作台的下面，机床工作台通过直线导轨与定子轭固定连接；初级铁心为平行齿结构，初级绕组为单齿集中成型线圈，即单槽跨距，单相集中相带形式。
所述的电机初级绕组的所有线圈分成了对称的三个区间，每个区间属于一相绕组，即电机所对应的主磁极数与每相所具有线圈数的关系为：主磁极数Np＝2mNi±1，其中m为电机绕组相数，Ni为电机每相绕组线圈数；电机初级对应线圈相邻绕组轴线之间移相间隔为2π±α电角度，其中α为等效槽距角。
电机初级铁心的齿宽与齿距的比值
的范围为
槽高h与槽宽b的比值
范围为2.5～3.8；总线圈数Nc＝mNi；初级铁心槽数Q＝2Nc＝2mNi，槽距增量
电角度，等效槽距角
电角度，槽距τy＝180°±Δτy电角度；其中m为电机绕组相数，Ni为电机每相绕组线圈数。
本实用新型相对于传统直线电机结构表现为多极少齿、特殊集中相带形式，且采用了开口槽、平行齿结构，形成端部磁导调制效应。电机绕组采用单齿(单槽跨距)集中成型线圈，从而带来了极其有益的工艺技术效果：
(1)从电机的制造工艺角度看，构成电机绕组的线圈有极好的工艺性，便于生产；电机端部绕组整形尺寸小，结构紧凑，有利于机床结构安装。
(2)从节能及效率的角度看，单齿成型线圈有最短的绕组端部长度，绕组端部发热最少，绕组效率最高，整机效率也有所提高，节能效果良好，同时也有利于电机端部绕组散热处理。
(3)从节省原材料的角度看，单齿成型线圈的应用使得电机有更高的槽满率，有利于提高电机的推力密度，从而可以缩小电机的体积节省钢材与铜材。
(4)从控制及进给伺服系统的性能看，本实用新型可以使电机自身的推力波动减小，从而对伺服驱动器的要求也会降低，控制简便。进给伺服系统无论采用推力控制方式还是速度控制方式都将取得良好效果。定位精度提高，稳态速降小，动态响应快，抗扰动能力强。
附图说明
图1是本实用新型定子铁心为12槽的局部结构示意图，
图2是图1的绕组星矢图，
图3是图1中绕组接线方式示意图，
图4是图3合成磁动势矢量FA、FB、FC图，图中1～6为线圈，7.定子轭，8.初级铁心，9.永磁体。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步描述：
实施例1：以12槽、13极磁导调制永磁直线同步电机为例，其结构如图1所示，包括初级铁心8、初级绕组、定子轭7、永磁体9、直线导轨、机床工作台，各零部件之间的具体连接关系是：若干块永磁体9相互平行且间隔相等放置于在定子轭7上，初级铁心8固定在机床工作台的下面，机床工作台通过直线导轨与定子轭7固定连接；初级铁心8中各槽均匀分布在奇数极主磁场下，初级铁心8为开口槽、平行齿结构，初级绕组为单齿集中成型线圈，即单槽跨距；结构为集中相带形式，初级绕组嵌入在初级铁心8的开口槽中。
本例的单元电机参数：初级铁心的齿宽a＝7mm，槽宽b＝8mm，槽高h＝25mm，电机每相绕组线圈数Ni＝2，电机绕组相数m＝3，单元电机总线圈数Nc＝mNi＝3×2＝6；初级铁心槽数Q＝2Nc＝2mNi＝12，槽距增量
电角度，等效槽距角电角度，槽距τy＝180°±Δτy＝180°+15°电角度；电机初级绕组的所有线圈分成了对称的三个区间，每个区间属于一相绕组，即每相所对应的极对数与每相所具有线圈数的关系：主磁极数Np＝2mNi±1＝12±1，本例中取13；电机初级对应线圈相邻绕组轴线之间移相间隔为2π±α＝360°+30°电角度。
本例如图1所示，其槽号分别为y1，y2，…，y12，槽形为开口槽，即矩形槽结构，共有13个齿，齿编号分别为t0，t1，t2，…t12，齿形为平行齿，电机初级共有6个线圈，由于采用了开口槽、平行齿，所以电机绕组采用单齿(单槽跨距)集中成型线圈。以t1齿中线(1号线圈轴线)为基准，定义为0°，并设为与永磁体主磁极N极轴线重合，则t2中线位于195°，t3中线(2号线圈轴线)位于390°(360°+30°)，其余类推。可见，6个线圈轴线之间的相位差均为390°(360°+30°)电角度。由此作出如图2所示的绕组星矢图，图中，1、2、…、6向量分别代表6个线圈轴线相位角，并以此代表各绕组的磁动势矢量。分别将1号和2号、5号和6号绕组顺向(尾接头)串联，通以正向电流；3、4号绕组顺向串联并通以反向电流，对应图3的接线方式。进而可得到图4星矢图中所示的合成磁动势矢量A、B、C，这三个矢量与三相合成绕组轴线相对应。可见，这种设计方法保证了三相绕组轴线的对称性。与传统电机相比极数多而槽数少，即多极少槽结构电机。
本例中采用了集中成型线圈，结构示意及各相线圈的具体连接方式如图3所示，线圈可在未嵌放入槽中之前按照槽口尺寸成型，然后嵌入槽中，给线圈的嵌放工作带来了极大的方便。同时利用齿槽效应与端部效应相调制，气隙磁导波在相位上彼此错开，则增大了等效磁导波的波动频率，从而降低了波动力的幅值。
Claims (3)
1、一种磁导调制式永磁直线同步电机，其特征在于包括初级铁心、初级绕组、定子轭、永磁体、直线导轨、机床工作台，若干块永磁体平行放置于在定子轭上，对应永磁体上方置有电机初级，初级绕组嵌入在初级铁心的槽中，初级铁心固定在机床工作台的下面，机床工作台通过直线导轨与定子轭固定连接；初级铁心为平行齿结构，初级绕组为单齿集中成型线圈，即单槽跨距，单相集中相带形式。
2、根据权利要求1所述的磁导调制式永磁直线同步电机，其特征在于所述的电机初级绕组的所有线圈分成了对称的三个区间，每个区间属于一相绕组，即每单元电机所对应的主磁极数与每相所具有线圈数的关系为：主磁极数Np＝2mNi±1，其中m为电机绕组相数，Ni为电机每相绕组线圈数；电机初级对应线圈相邻绕组轴线之间移相间隔为2π±α电角度，其中α为等效槽距角。
3、根据权利要求1所述的磁导调制式永磁直线同步电机，其特征在于所述的电机初级铁心的齿宽与齿距的比值
的范围为
槽高h与槽宽b的比值
范围为2.5～3.8；总线圈数Nc＝mNi；初级铁心槽数Q＝2Nc＝2mNi，槽距增量
电角度，等效槽距角
电角度，槽距τy＝180°±Δτy电角度；其中m为电机绕组相数，Ni为电机每相绕组线圈数。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101789676A (zh) * | 2010-03-10 | 2010-07-28 | 江苏大学 | 一种容错式永磁直线电机 |
| CN102185444A (zh) * | 2011-05-18 | 2011-09-14 | 哈尔滨工业大学 | 双电枢结构高动态直线永磁同步电机 |
| CN103647431A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-03-19 | 江苏大学 | 次级模块化各极独立式永磁直线容错电机 |
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2006
- 2006-11-24 CN CNU2006200944273U patent/CN200973056Y/zh not_active Expired - Fee Related
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